Rapport scientifique et technique n°1 SOLEN SOlutions for Low Energy Neighborhoods

SOLEN
SOlutions for Low Energy Neighborhoods
Rapport scientifique et technique n°1
Recherches :
Anne-Françoise Marique (LEMA-ULg), Tatiana de Meester et Simon Cuvellier
(Architecture et climat-UCL)
Encadrement : Prof. André De Herde (Architecture et climat-UCL) et Prof. Sigrid Reiter (LEMA-ULg)
Date :
28 juin 2013
Projet de recherches financé par la Région wallonne de Belgique (DG04) dans le cadre du programme
mobilisateur Erable (2012 - 2014)
Coordonnées des équipes de recherches :
Université de Liège
LEMA
Chemin des Chevreuils 1 B52/3
4000 Liège
Université catholique de Louvain
Architecture et climat
Place du Levant, 1
1348 Louvain-La-Neuve
Prof. Sigrid Reiter
Anne-Françoise Marique
Prof. André De Herde
Simon Cuvellier
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
1. Introduction
Le présent rapport scientifique et technique présenté les résultats de la première année
(1er mai 2012 – 30 avril 2013) de la recherche SOLEN (SOlutions for Low
Energy Neighbourhoods). Le projet de recherches SOLEN porte sur le développement de
solutions visant à améliorer l’efficacité énergétique des quartiers résidentiels wallons
existants, en ce qui concerne le bâti et la mobilité, et à y favoriser l’intégration des
énergies renouvelables, pour tendre vers les objectifs quartiers à « (très) basse énergie » et
quartiers « zéro-énergie ». L’objectif concret de la recherche est d’offrir un outil
informatique interactif, accessible sur le Web, qui permette de déterminer les stratégies les
plus efficaces pour réduire les consommations énergétiques globales (en énergie
primaire) des quartiers résidentiels wallons existants, en phase d’utilisation et en cycle de
vie. Ces solutions, adaptées et différenciées en fonction des tissus bâtis et de leurs
caractéristiques, porteront sur la rénovation énergétique du bâti, sur les stratégies de
mobilité et sur l’intégration des énergies renouvelables. Cet outil interactif se base sur l’outil
développé dans le cadre du projet SAFE (Suburban Areas Favoring Energy efficiency,
2009-2012, programme mobilisation Energywall), disponible sur http://www.safeenergie.be, qui sera largement mis à jour et enrichis, notamment en ce qui concerne la
prise en compte de nombreux motifs de transports et des chaines de déplacements,
l’extension significative de la base de données « bâtiments » pour inclure également les
appartements, les bâtiments ruraux et urbains et la prise en compte de différents types
d’énergies renouvelables dans le bilan énergétique global.
Le présent rapport scientifique et technique couvre, conformément au calendrier de la
recherche (voir rapport administratifs n°1 et 2, à cet effet) les phases I et II de la
recherche.
Le Chapitre 2 du présent rapport est ainsi dédié à un vaste état de l’art des objectifs
« (très) basse énergie » et « zéro-énergie », à l’échelle des bâtiments et à l’échelle des
quartiers. Le Chapitre 3 présente la typologie des quartiers et des bâtiments qui a été
développée dans le cadre de la recherche. Le Chapitre 4 revient rapidement sur les
particularités et les objectifs de l’outil interactif safe-energie.be et présente les
amendements qui seront apportés dans le cadre de SOLEN ainsi que les données de
fréquentation du site internet depuis sa mise en ligne, en juin 2012. Le Chapitre 5 présente
les modifications et ajouts qui seront apporté à l’outil interactif safe-energie.be en ce qui
concerne l’évaluation énergétique des bâtiments, de façon à prendre en compte tous les
types de bâtiments représentatifs de l’ensemble du stock bâti résidentiel wallon. La
méthode d’évaluation énergétique et son application systématisée sont présentées dans
ce chapitre. Le Chapitre 6 présente les modifications qui seront apportées à l’outil safeénergie.be en termes d’évaluation énergétique des bâtiments, de façon à rendre cet
outil indépendant des données provenant des recensements existants, à intégrer
l’ensemble des motifs de déplacements quotidiens d’un individu ou d’un ménage et à
prendre en compte les chaines de déplacements. L’approche développée pour
l’évaluation énergétique des déplacements, à l’échelle d’un quartier est présentée. Elle
s’articule autour de la notion d’accessibilité de façon à intégrer une démarche plus
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prospective, utile notamment dans le cadre de la construction d’un nouveau quartier. Le
Chapitre 7 est consacré à l’évaluation de l’apport en énergies renouvelables de différents
types, à l’échelle des bâtiments et à l’échelle des quartiers, qui constitue une des
originalités du projet SOLEN et un apport majeur à l’outil existants safe-énergie.be. Les
types d’énergies renouvelables qui sont investiguées dans ce cadre sont : le
photovoltaïque, le solaire thermique, l’éolien, la biomasse et la cogénération. Chacune
de ces énergies renouvelables fait l’objet d’un ou plusieurs modules permettant
l’évaluation des gains énergétiques potentiels et d’une ou plusieurs fiches pratiques qui
seront ajoutées à l’outil interactif. Le Chapitre 8 propose une synthèse des éléments
principaux articulée autour de la définition d’un cadre conceptuel pour l’étude des
quartiers résidentiels « (très) basse énergie) et « zéro-énergie ». Une première application
de ce cadre conceptuel est proposée sur deux quartiers représentatifs (un quartier dense
de centre-ville et un quartier périurbain peu dense) de façon à tester son applicabilité et
à investiguer quelques premiers résultats principaux.
Ce rapport scientifique et technique n°1 se conclut (Chapitre 9) par une synthèse des
principaux résultats obtenus lors de la première année de la recherche et par le
développement de perspectives futures à investiguer lors de la seconde année de la
recherche.
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2. Phase I : Etat de l’art
2.1. Le projet SOLEN : rappel des objectifs et cadrage de la
recherche
Le projet de recherche SOLEN (SOlutions for Low Energy Neighbourhoods) porte sur le
développement de solutions visant à améliorer l’efficacité énergétique globale des
quartiers résidentiels wallons existants, tant en ce qui concerne le bâti que la mobilité, ainsi
qu’à y favoriser l’intégration des énergies renouvelables, dans le but de tendre vers les
objectifs quartiers wallons « (très) basse énergie » et « zéro-énergie». Le logement et le
transport des personnes sont en effet deux secteurs particulièrement énergivores et
émetteurs de gaz à effet de serre, aussi bien en Wallonie qu’en Europe. Dans le contexte
actuel de prise de conscience des changements climatiques, réduire les consommations
d’énergie dans ces deux secteurs apparaît souvent comme une cible politique
importante. Force est toutefois de constater que les actions politiques les plus fortes et les
recherches scientifiques semblent surtout axées sur la construction neuve, négligeant le
potentiel de rénovation des bâtiments, les stratégies de mobilité et l’intégration des
énergies renouvelables. Cependant, le stock bâti wallon présente des performances
énergétiques médiocres (bâti ancien, peu ou pas isolé) et un taux de renouvellement
faible ; c’est donc au niveau de la rénovation du stock existant, que réside le plus grand
potentiel de réduction des consommations d’énergie des bâtiments. En outre, le
développement de stratégies durables en termes de mobilité et d’utilisation des énergies
renouvelables apporte un complément indispensable à l’étude énergétique du stock bâti
existant, pour réduire à grande échelle les émissions de gaz à effets de serre.
Si la conception d'un bâtiment du point de vue énergétique a été largement analysée,
peu de recherches se sont intéressées à l’efficacité énergétique à l’échelle de fragments
urbains et les quelques études existantes suggèrent la possibilité de trouver une densité
urbaine optimale du point de vue énergétique mais elles ne proposent pas de stratégies
d’interventions sur les quartiers existants pour améliorer leur bilan énergétique. De plus, ces
recherches ciblent souvent les centres historiques et les noyaux urbains denses alors que le
stock bâti wallon est constitué de plusieurs types de quartiers (urbains, suburbains, ruraux)
qui présentent des caractéristiques très différentes (densité, type de bâti, âge de
construction, éloignement au centre-ville, mixité, etc.), qui ont une incidence directe sur
les consommations d’énergie du bâti et des transports ainsi que sur le potentiel en
énergies renouvelables.
La spécificité de ce projet de recherche consiste à étudier les interactions entre le milieu
bâti, le transport et le potentiel en énergies renouvelables à l’échelle du quartier, ce qui
est un sujet de recherche innovant et vise à combler un vide scientifique important. Ce
projet développera des méthodes d’évaluation énergétique et des stratégies de
réduction des consommations en énergie primaire (bâtiments + transport + énergies
renouvelables) pour des quartiers existants, qui seront adaptées et différenciées en
fonction des tissus bâtis (urbain, périurbain, rural) et de leurs caractéristiques.
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Trois types de stratégies sont investiguées dans la recherche grâce à des outils de
simulation thermique dynamique, d’analyse urbaine et de gisement solaire, d’analyse en
cycle de vie et de traitement statistique : (1) les stratégies de rénovation énergétique des
quartiers existants ; (2) la faisabilité de différentes sources d’énergie renouvelable et (3) les
stratégies applicables en matière de déplacements et de mobilité. Les gains potentiels
obtenus par chaque stratégie et pour différentes combinaisons de stratégies seront
quantifiés, en phase d’utilisation et en cycle de vie, pour différents types caractéristiques
de quartiers wallons, qu’ils soient urbains, périurbains ou ruraux. La faisabilité des objectifs
« (très) basse énergie » et « zéro-énergie » sera investiguée de façon à anticiper les débats
futurs sur l’actualisation de la Directive sur la performance énergétique des bâtiments.
De plus, il y a actuellement un manque crucial d’informations et d’outils rapides
permettant aux concepteurs et aux décideurs de projets de rénovations urbaines de
réduire les consommations d’énergie primaire de leurs projets, alors que le marché
concerné est énorme et touche tous les acteurs wallons de la construction, de
l’aménagement du territoire et des énergies renouvelables. Cette recherche consiste ainsi
à coupler différents outils de simulation de pointe ainsi que des méthodes spécifiquement
développées dans ce projet pour quantifier les consommations d’énergie primaire à
l’échelle du quartier et évaluer différents scénarios d’amélioration de leurs performances
énergétiques.
L’objectif concret de la recherche est, dans ce contexte, d’offrir un outil informatique
interactif, accessible sur le Web, qui permette de déterminer, pour une combinaison
donnée de critères (type de quartier (urbain, périurbain, rural), densité, caractéristiques et
âge du bâti, éloignement au centre-ville, mixité, etc.) les stratégies de rénovations
énergétiques les plus efficaces, tant en ce qui concerne la rénovation des bâtiments, que
la mobilité des habitants et le recours aux énergies renouvelables, en vue d’améliorer la
performance énergétique de ces tissus et de réduire les émissions de gaz à effet de serre
à l’échelle des quartiers. Cet outil se développera sur base de l’outil développé dans le
cadre du projet SAFE (Suburban Energy Favoring Energy efficiency, 2009-2012, programme
mobilisateur Energywall) qui sera largement enrichi et complété. Cet outil sera
l’aboutissement d’une recherche scientifique de pointe, basée sur différents types de
modélisations urbaines (bâtiments + transport + énergies renouvelables) en phase
d’utilisation et en cycle de vie.
Cet outil comprendra également :




Des indicateurs d’évaluation de l’efficacité énergétique des quartiers wallons
(urbains, périurbains et ruraux);
Des développements méthodologiques et techniques pour améliorer l’efficacité
énergétique des quartiers existants selon trois axes : bâtiments, mobilité et énergies
renouvelables;
La mise en évidence des scénarios de renouvellement les plus adaptés, selon le
type de quartier, et leur incidence sur le cycle de vie des quartiers;
Des conseils et méthodes de planification pour les futurs développements et les
opérations de rénovation ;
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
La mise en évidence des services et technologies qu’il serait utile de développer
en Région wallonne pour améliorer l’efficacité énergétique globale des quartiers.
Ces différentes orientations ont pour but d’offrir un diagnostic du milieu existant, de
proposer des solutions réalistes différenciées basées sur les caractéristiques des quartiers et
de fournir des pistes de développements futurs de qualité, tant en ce qui concerne la
rénovation du bâti et la mobilité des habitants que le recours aux énergies renouvelables.
Cet outil devrait faciliter la mise en œuvre de projets de rénovations énergétiques de
quartiers wallons visant les performances de quartiers à « (très) basse énergie », voire «
zéro-énergie ».
Cet outil interactif répond à une demande réelle des entreprises et des autorités
wallonnes. Il participera à l’évolution des politiques d’aménagement du territoire à
l’échelle du quartier et des pratiques de conception et de rénovation des quartiers
urbains, suburbains et ruraux wallons ainsi qu’à la sensibilisation du plus grand nombre
d’acteurs du territoire, en ce y compris les citoyens, à ces enjeux. Il permettra d’évaluer
rapidement les impacts de différentes stratégies d’intervention, ce qui comblera le besoin
actuel, confirmé dans la littérature scientifique (Glicksman 2003 ; Tweed & Jones 2000 ),
d’outils pratiques peu exigeants en ressources (logiciel, temps de modélisation et de
calcul, formation, etc.) destinés à tous les acteurs de l’aménagement du territoire
Le projet SOLEN comprend en outre un travail de sensibilisation et de transmission pour
valoriser les résultats de cette recherche. La diffusion de l’outil développé vers un grand
nombre d’acteurs du territoire soutiendra l’appropriation des solutions par les
concepteurs, les décideurs et les citoyens. L’outil permettra aux professionnels
(architectes, bureaux d’études, aménageurs, promoteurs, développeurs et installateurs
d’énergies renouvelables) et aux autorités publiques en charge de l’énergie et de
l’aménagement du territoire de déterminer rapidement les actions à mener et les
techniques les plus efficaces à utiliser, selon le type de quartier dans lequel ils
interviennent, notamment lors de la planification de projets de rénovation ou de
l’instruction de demandes de permis. Les ménages y trouveront des résultats chiffrés et des
pistes concrètes pour améliorer l’efficacité énergétique de leur logement et de leurs
déplacements.
Le projet SOLEN est réalisé par le LEMA (Local Environment : Management & Analysis de
l’Université de Liège ; coordinateur de la recherche) et Architecture et Climat (Université
catholique de Louvain). Deux parrains industriels, les bureaux d’études MATRICiel et
Ecorce suivent la recherche.
2.2. Les objectifs « (très) basse énergie », « passif » et « zéroénergie » : état de l’art
2.2.1.
Introduction
Les objectifs « (très) basse énergie », « passif » et «zéro-énergie » (Zero-Energy) sont des
concepts couramment rencontrés dans la littérature scientifique et dans la pratique, en
ce qui concerne l’échelle du bâtiment individuel. Ils constituent des objectifs primordiaux
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pour la conception future des bâtiments, en tentant de répondre à un certain nombre
d’enjeux relatifs à la mutation de notre cadre bâti vers un modèle plus durable.
Pourtant, on remarquera que (1) les concepts « zéro-énergie », « passif » et « (très) basse
énergie » ne sont pas définis de façon univoque et précise dans la littérature ou les
réglementations et (2) que les travaux portant sur l’objectif « zéro-énergie », tout comme
ceux relatifs plus largement aux objectifs « (très) basse énergie » et « passif », à une échelle
plus large que celle du bâtiment individuel sont très peu nombreux.
Dans ce contexte, les trois sections suivantes (2.2.2 à 2.2.4) ont pour objectif de présenter
une synthèse des travaux existants relatifs à la définition des objectifs « (très) basse
énergie », « passif » et « zéro-énergie », essentiellement à l’échelle du bâtiment. La section
2.2.5. propose ensuite quelques réflexions relatives à l’échelle du quartier, à ses spécificités
et à ses intérêts. La dernière section (2.2.6) synthétise enfin les définitions adoptées dans le
cadre du projet de recherches SOLEN
2.2.2.
L’objectif « basse énergie »
Les niveaux « basse énergie » et « très basse énergie » ne font l’objet d’aucune définition
universelle et sont en continuelle évolution car, à l’origine, tous les bâtiments qui ont été
qualifiés de «basse énergie» étaient simplement plus économes en énergie que ce
qu’imposait la norme au moment de leur construction. Les critères d’évaluation du besoin
d’énergie ne sont pas définis. Cette notion est très floue et variable suivant le moment et
le lieu (Massart et De Herde 2010). Pour Thiers (2008), le standard « basse énergie » se
caractérise également par des besoins énergétiques plus faibles que les bâtiments
standards. Il s’obtient par optimisation de l’isolation, la réduction des ponts thermiques et
l’accroissement des apports passifs et ne comprend a priori aucun moyen de production
local d’énergie, sans toutefois l’exclure.
Ces standards « basse énergie » et « très basse énergie » sont rencontrés dans la pratique.
On remarquera notamment les définitions suivantes :
En Région Bruxelles capitale
La région de Bruxelles capitale octroie depuis quelques années, différentes primes pour les
rénovations dont une prime pour la rénovation « basse énergie » des bâtiments résidentiels
et une autre pour la rénovation « très basse énergie » de bâtiments résidentiels, et pour les
rénovations passives comme il en sera question dans la section suivante (IBGE, Prime
énergie B10b bâtiment passif ou rénovation basse énergie bâtiments résidentiels, 2012).
Dans le cadre de rénovations, les exigences demandées sont les suivantes :


En rénovation basse énergie, les besoins de chauffage doivent être inférieurs ou
égaux à 60 kWh/m².an.
En rénovation très basse énergie, les besoins de chauffage doivent être inférieurs
ou égaux à 30 kWh/m².an.
Les performances énergétiques de référence ainsi que toutes les conventions de mesure
et de calcul sont reprises dans le vade-mecum PHPP version 2012 ou plus récent qui
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permet d’obtenir ces primes (Feist, 2007).
Dans le guide « Elaboration d’un outil d’aide à la conception de maisons à très basse
consommation d’énergie »
Massart et De Herde (2010) ont mis en évidence, dans le guide sous objet, le flou des
différentes définitions. En tenant compte des performances actuelles des nouvelles
constructions, le choix des auteurs s’est orienté vers une optique de conception de
maisons et non pas de rénovation.
La définition de la maison à très basse consommation d’énergie retenue par Massart et
De Herde (2010) exige :


un besoin net d’énergie de chauffage inférieur ou égal à 38 kWh/m².an, calculé
par le logiciel PHPP ;
un taux de perméabilité à l’air η50 inférieur ou égal à 1 h-1 (ce qui correspond à
η=0.05 [h-1]). Cette hypothèse d’étanchéité répond aux conseils du CSTC en
matière d’efficacité de la récupération de chaleur sur un système de ventilation
double flux.
Selon le gouvernement fédéral
Compte tenu des performances qu’atteignent les nouvelles constructions, le
gouvernement fédéral a défini le « basse énergie » de la foçon suivante, dans le cadre de
la réduction d’impôts pour les habitations « basse énergie », « passive » et « zéro-énergie » :
« On entend par habitation « basse énergie », une habitation sise dans un Etat membre de
l’Espace économique européen dont la demande énergétique totale pour le chauffage
et le refroidissement des pièces doit rester limitée à 30kWh/m² de superficie climatisée. »
(SPFF, Réduction d’impôts pour habitation basse énergie, passive et zéro énergie)
2.2.3.
L’objectif « passif »
Le standard « passif » fait l’objet d’un corps important de la littérature. Il est notamment
défini par la Plate-forme Maison Passive (2012) qui certifie également ces bâtiments. Pour
être certifié passif, les critères précis auxquels un logement doit répondre, sont :




Les besoins en énergie pour le chauffage doivent être inférieurs ou égaux à 15
kWh/m².an, soit l’équivalent de 1,5 litres de mazout par mètre carré et par an
(calcul avec le logiciel PHPP).
Le résultat du test blower door (étanchéité à l’air) doit être inférieur ou égal à 0,6 h1 (taux de renouvellement d’air mesuré à une différence de 50 Pascals).
Le pourcentage de surchauffe dans le bâtiment (plus de 25°C) doit être inférieur
ou égal à 5% (calcul avec le logiciel PHPP).
En Région Bruxelles Capitale uniquement, une condition supplémentaire est posée
quant à l’énergie primaire du bâtiment qui doit rester inférieure ou égale à 45
kWh/m².an pour le chauffage, l’eau chaude sanitaire et les auxiliaires (calcul avec
le logiciel PHPP).
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Pour Thiers (2008), le « bâtiment passif » est très faiblement consommateur d’énergie et ne
nécessite pas de systèmes de chauffage ou de refroidissement actifs : les apports solaires
passifs et internes et les systèmes de ventilation suffissent à maintenir une ambiance
intérieure confortable toute l’année. Ce concept inclut également une réduction des
besoins en électricité spécifique et éventuellement une production d’électricité à base de
sources d’énergies renouvelables. En pratique, un chauffage d’appoint est souvent
nécessaire.
Notons que le standard « passif » belge ne prend pas en compte l’utilisation totale de
l’énergie primaire ce qui est le cas par exemple en Allemagne ou en Angleterre. Cette
exigence implique que la consommation d'énergie primaire spécifique pour toutes les
applications domestiques (chauffage, eau chaude et électricité domestique) ne doit pas
dépasser 120 kWh/m².an au total (le calcul est effectué conformément au PHPP (Feist, W.,
2007, http://passiv.de, 2012). On remarquera également que certains pays (notamment
l’Allemagne) adaptent certains critères, comme l’étanchéité à l’air, dans le cas de
rénovations passives.
2.2.4.
L’objectif « zéro-énergie »
Le « Bâtiment zéro-énergie » est un domaine de recherches récent et porteur qui fait
l’objet, depuis quelques années, de nombreuses publications visant à le définir et à
développer des méthodologies de calcul adaptées (Marszal et al., 2011, Sartori et al.,
2012). Les technologies nécessaires pour sa mise en place sont connues et développées.
La faisabilité concrète de l’objectif « Bâtiment zéro-énergie », en construction neuve
comme en rénovation, dépend largement de la localisation, de l’orientation et de la
structure urbaine au sein de laquelle il se trouve. Des scénarios de développements de «
Bâtiments zéro-énergie » sont notamment proposés à grande échelle, notamment aux
Etats-Unis via l’Energy Independance and Security Act (2007), en ce qui concerne les
bâtiments commerciaux. En Europe, la Directive sur la Performance Energétique des
Bâtiments en a fait son objectif pour tous les bâtiments publics neufs construits après 2018
et pour l’ensemble des bâtiments neufs construits après 2020. Elle incite également les
Etats membres à prendre des mesures visant à l’implémentation progressive du « zéroénergie » en rénovation. Les Etats membres fixent également des objectifs pour 2015 et
pour 2020 quant au pourcentage minimum de bâtiments devant être des bâtiments dont
la consommation nette d'énergie est nulle, exprimés en pourcentage du nombre total de
bâtiments et en pourcentage de la superficie utile totale (PEB Parlement européen, 2009).
Un nombre croissant de « Bâtiments zéro-énergie » sont développés internationalement. Ils
concernent des bâtiments neufs et plus rarement des rénovations (Voss et al., 2011, IEA,
2012).
De nombreuses définitions sont ainsi proposées pour tenter d’approcher le concept du
« net zéro energy buildings » (NZEB) et ses connections aux réseaux énergétiques. La seule
satisfaction d'un équilibre annuel ne suffit pas à caractériser pleinement le NZEB et
l'interaction entre les bâtiments et les réseaux énergétiques doivent être abordées.
Différentes définitions sont évidemment rencontrées en fonction des politiques ciblées par
les différents pays et des conditions spécifiques locales (ex : le climat, les traditions
constructives, etc.). Un cadre général est présenté afin d’établir ces définitions. Il est
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composé de critères. L’évaluation des critères dans le cadre d’une définition et la
sélection des options liées à ceux-ci permettent d’établir une méthodologie pour établir
des définitions des NZEB d'une manière systématique. La notion d'équilibre est central dans
le cadre de la définition et deux grands types d'équilibre sont identifiés, à savoir l'équilibre
import/export et l'équilibre besoin/production.
En ce qui concerne le « match » énergétique temporel, deux caractéristiques majeures
doivent être prises en compte afin d’optimiser la capacité des NZEB pour répondre à ses
propres besoins par la production in situ et pour « travailler » avantageusement par
rapport aux besoins des réseaux locaux. Les indicateurs possibles seront présentés et le
concept de la flexibilité des interactions avec les réseaux est un objectif souhaitable dans
la conception énergétique du bâtiment.
Les avis divergent beaucoup sur la définition commune de ce concept. Il y a une
compréhension conceptuelle d'un ZEB comme un bâtiment économe en énergie
capable de produire de l'électricité ou d'autres vecteurs énergétiques à partir de sources
renouvelables afin de compenser sa demande d'énergie. Par conséquent, il est implicite
que l'accent soit mis sur des bâtiments qui sont connectés à une infrastructure
énergétique et non sur des bâtiments autonomes (Marszal et al., 2012). Pour ce qui
concerne le terme NZEB, il peut être utilisé pour se référer à des bâtiments qui sont
connectés à des infrastructures énergétiques, tandis que le terme ZEB est plus général et
peut aussi bien inclure les bâtiments autonomes. Le libellé «Net» souligne le fait qu'il y a un
équilibre entre l'énergie prise sur les réseaux énergétiques et celle fournie à ces même
réseaux sur une période de temps déterminée, théoriquement par an en retour.
2.2.4.1. La définition de l’équilibre d’un NZEB et la terminologie associée,
dans la littérature scientifique
La figure ci-dessous, empruntée à Sartori et al. (2012), propose une vue d'ensemble du
concept NZEB et de la terminologie portant sur l'utilisation de l'énergie dans les bâtiments
et sur les connexions entre les bâtiments et les réseaux énergétiques.
Figure 1: Schéma de principe des connections entre le bâtiment et les réseaux (Sartori et al., 2012)
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Sartori et al. (2012) définissent les différents termes utilisés dans ce schéma global de la
façon suivante :
o
Building system boundary (les limites du système): Il s’agit de définir les limites du
système dans lequel seront comparés les flux d'énergie entrant et sortant. Cela
inclut :
o Physical boundary : les limites physiques peuvent inclure un bâtiment seul
ou un groupe de bâtiments et permettent de déterminer si les ressources
en énergies renouvelables proviennent du site « in situ » ou pas « hors site ».
o Balance boundary : (es limites de l’équilibre déterminent quelles sont les
énergies utilisées (par exemple, le chauffage, le refroidissement, la
ventilation, l’ECS, la lumière, etc.) qui sont considérées dans le calcul de
l’équilibre.
o
Energy grids (or simply ‘grids’) : les réseaux d’énergie représentent le(s) système(s)
d'alimentation des vecteurs énergétiques tel que ceux utilisés pour l'électricité, le
gaz naturel, les réseaux thermiques pour le chauffage/refroidissement d’un
quartier, la biomasse ou d'autres types de combustibles. Un réseau peut être à
deux voies, c’est-à-dire qu’il fournit de l'énergie à un bâtiment et en reçoit en
retour de celui-ci (ex. : pour des réseaux électriques et des réseaux thermiques).
Delivered energy : l’énergie véhiculée des réseaux vers le bâtiment, chacune
spécifiée par un vecteur d'énergie en kWh/an ou kWh/m².an.
Exported energy : l’énergie véhiculée du bâtiment vers les réseaux, chacune
spécifiée par un vecteur d'énergie en kWh/an ou kWh/m²an.
Load : la demande d'énergie du bâtiment, spécifiée par vecteur d'énergie en
kWh/an ou en kWh/m².an. La charge peut ne pas coïncider avec l'énergie fournie
par les réseaux grâce à la consommation de l'énergie produite sur place.
Generation : la production d'énergie du bâtiment, précisée par chaque vecteur
d'énergie en kWh/an ou kWh/m².an. La production peut ne pas coïncider avec
l’énergie exportée grâce à la consommation d'énergie produite sur place.
Weighting system : un système de pondération convertit les unités physiques dans
d'autres mesures, par exemple la comptabilité de l'énergie utilisée (ou émissions
rejetées) pour extraire, produire et fournir l'énergie. Les facteurs de pondération
peuvent aussi refléter des préférences politiques plutôt que des considérations
purement scientifiques ou d'ingénierie.
Weighted demand : la somme de toute l'énergie importée (ou charge/demande),
obtenue en additionnant la contribution de tous les vecteurs énergétiques,
pondérés par leur facteur de pondération respectif.
Weighted supply : la somme de toutes les énergies exportées (ou la production),
obtenue en additionnant la contribution de tous les vecteurs énergétiques
pondérés par leur facteur de pondération respectif.
Net ZEB balance : la condition d’équilibre est satisfaite lorsque le « weighted
supply » atteint ou dépasse la « weighted demand » pendant une période de
temps fixée, théoriquement un an. L’équilibre ou bilan NZEB peut être déterminé
soit à partir de l'équilibre entre l’énergie importée et exportée (équilibre
o
o
o
o
o
o
o
o
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import/export), soit à partir de l’équilibre entre la demande et la production
(équilibre load/generation). L’équilibre Net ZEB est calculé comme suit (équation
(1)), des valeurs absolues sont utilisées pour éviter une confusion selon que l’import
ou l’export soit positif ou pas.
(1) Net ZEB balance : |weighted supply| − |weighted demand| > ou = 0
On remarquera enfin que les équilibres mensuels (monthly net balance) (et horaires dans
certains cas) devraient également être étudiés, en complément du bilan annuel et selon
la même formule, en utilisant les valeurs mensuelles (ou horaires) de charge et de
production, de façon notamment à prendre en compte les décalages entre production
et consommation et investiguer la nécessaire question du stockage de l’énergie,
considérant que renvoyer le surplus d’énergie d’un bâtiment ou d’un groupe de
bâtiments ZE vers le réseau n’est envisageable que tant que les bâtiments ZE ne sont pas
nombreux et ne peut être considéré comme une solution optimale à terme (Marique et al.
2013c).
L’équilibre entre flux importés et exportés et l'équilibre entre besoins et productions se
trouvent généralement présentés par un graphe représentant en abscisse, les besoins, ce
qui est importé, fourni de l’extérieur au site et en ordonnée ce qui est produit, et peut être
placé sur le réseau (voir figure ci-dessous à gauche). La figure ci-dessous à droite illustre
cette représentation du concept ZE pour un ensemble de bâtiments (Attia, 2012). On voit
très clairement que durant les périodes de novembre à février, les bâtiments dépendent
des réseaux alors que durant le reste de l’année, ils deviennent producteurs et peuvent de
ce fait alimenter les réseaux en restituant le surplus d’énergie afin de « restituer » l’énergie
consommée durant l’hiver. L’oblique représente la zone d’équilibre entre ce qui est
consommé et ce qui est produit. Si le bilan annuel d’un bâtiment se trouve au-dessus de
cette limite, le bâtiment sera à énergie positive.
Figure 2 : Illustration du concept de base du « zéro-énergie » à gauche et application concrète
pour un cas (Attia, 2012)
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
13
Cette représentation graphique de l’équilibre du NZEB peut être exploité comme cidessous, où, en partant d’un bâtiment de référence (« reference building »), qui peut
représenter un bâtiment construit selon les exigences minimales autorisées dans un pays
(par exemple en respectant la PEB actuelle en Belgique) ou encore, un bâtiment qui peut
représenter la performance d’un bâtiment existant avant d’être rénové. Partant de la
position de ce cas de référence, le chemin vers le « zéro-énergie » est donné par
l’équilibre de 2 actions :


La réduction de la demande (suivant l’axe des x) par le biais de mesures
d'efficacité énergétique.
La production d'électricité ainsi que celle des vecteurs d'énergie thermique à
l'aide des différentes options d'exportation des énergies afin d’obtenir
suffisamment de crédits pour atteindre l'équilibre (axe des y).
La valeur présentée par la verticale traduit donc l’énergie qu’il est nécessaire de fournir
au réseau pour atteindre ce niveau NZEB ce qui implique et donc définit un certain niveau
de performance de la part du bâtiment.
Figure 3 : Représentation graphique du concept de l’équilibre du net ZEB (Sartori et al., 2012)
Une représentation graphique encore plus complète est présentée sur le graphique cidessous. Ici le cycle complet est illustré ainsi que deux équilibres atteignables : l’équilibre
entre la demande et la production et l’équilibre entre l’import et l’export. Les deux
paramètres principaux sur lesquels il est possible de « jouer » sont les performances
énergétiques du ou des bâtiments et la production des ressources in situ.
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
14
Figure 4 : Schéma complet du principe du « zéro-énergie » (Architecture et climat, 2012).
Torcellini et al. (2006) distinguent quant à eux plusieurs définitions du « bâtiment zéroénergie » selon l’objectif fixé :




« Net zero site energy » : l’équilibre est réalisé entre la consommation finale1
d’énergie consommée par le bâtiment et l’énergie renouvelable qu’il produit par
an.
« Net zero source energy » : l’équilibre tient compte de la consommation d’énergie
primaire2 du bâtiment.
« Net zero energy cost » : l’équilibre est réalisé entre la montant d »pensé par le
propriétaire pour sa consommation énergétique, et ce qu’il reçoit pour
l’exportation de l’énergie qu’il produit à l’aide d’énergies renouvelables.
« Net zero energy emission » : l’équilibre est atteint entre l’utilisation des énergies
renouvelables et la compensation énergétique du bâtiment, en ce qui concerne
les émissions de gaz à effet de serre.
Thiers (2008) distingue :

1
Le bâtiment « producteur d’énergie » ou « near zero energy house » : il est doté de
L’énergie finale représente la quantité de combustible (litre de mazout, m³ de gaz ou encore stère de bois)
nécessaire pour chauffer un bâtiment, etc. On passe de l’énergie finale à l’énergie primaire en tenant compte
de facteurs de conversion en énergie primaire (fp) égaux à 1 pour les combustibles fossiles et la biomasse, 1,8
pour l’électricité produite par cogénération à haut rendement et 2,5 pour l’électricité (www.maisonpassive.be).
2
L’énergie primaire représente l’énergie qui est réellement prélevée à la planète. On tient compte, entre autre,
du transport et du raffinage du combustible, du rendement de production des centrales pour l’électricité, etc…
Notons également que ces valeurs sont différentes d’un pays à l’autre. Cela est essentiellement dû aux modes
de production de ces énergies mais également aux décisions politiques et économiques propre à chaque pays
(www.maisonpassive.be).
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
15



moyens de production d’énergie locaux. Cette dénomination se spécifie
cependant pas le niveau de consommation du bâtiment ni le part de cette
consommation couverte par la production, ni la nature de l’énergie produite. Il
s’agit plutôt d’une caractéristique du bâtiment que d’un concept de bâtiment.
Le bâtiment « zéro énergie » ou « net zero energy house » : il combine de faibles
besoins d’énergie à des moyens de production locaux. Sa production énergétique
équilibre sa consommation si celle-ci est considérée sur une année. Son bilan
énergétique annuel est donc nul (Bernier, 2006)
Le bâtiment « à énergie positive » : c’est un bâtiment producteur d’énergie qui
dépasse le niveau « zéro énergie » : il produit globalement plus d’énergie qu’il n’en
consomme. Comme le précédent, il peut être raccordé à un réseau de distribution
de l’électricité vers lequel il exporte son surplus de production.
Le bâtiment « autonome » : sa fourniture énergétique ne dépend d’aucune
ressource distante. La totalité de l’énergie consommée par le bâtiment est
produite sur place à partir de ressources locales. En pratique, le bilan net d’énergie
de ce bâtiment est nul à tout instant. Un tel bâtiment se passe des avantages
apportés par les réseaux (foisonnement, sécurité d’approvisionnement) ce qui
impose l’usage de moyens de stockage d’énergie (batterie d’accumulateurs,
inertie thermique, etc.) Il est particulièrement adapté aux sites isolés ou insulaires
car il évite les coûts de raccordements aux réseaux.
2.2.4.2.
Quelques définitions opérationnelles existantes
Définition du Parlement européen
Au vue des objectifs énoncés précédemment, le Parlement Européen a défini le « zéroénergie » ou plutôt les « bâtiments dont la consommation nette d'énergie sont nulles »
dans l’article 2 d’un texte adopté le 23 avril 2009 (PEB Parlement européen, 2009 et EPBD) :
« Article 2 – Définitions
Aux fins de la présente directive, on entend par:
[…]
4) "bâtiment dont la consommation nette d'énergie est nulle": un bâtiment dont
la consommation annuelle globale d'énergie primaire est inférieure ou égale à
la production locale d'énergie à partir de sources renouvelables, du fait de
son niveau d'efficacité énergétique très élevé;
[…] »
Cette définition n’envisage donc pas que le « zéro-énergie » au sens d’un équilibre mais
également les bâtiments à énergie positive. Soulignons que le bilan se fait en considérant
la consommation d’énergie primaire.
L’article 9 de la refonte de la Directive Européenne sur la Performance Energétique des
Bâtments (ECEEE, 2011) définit le « bâtiment à énergie quasi nulle » comme « un bâtiment
dont la quantité quasi nulle ou très basse d’énergie requise devrait être couverte dans
une rès large mesure pas de l’énergie produite à partir de sources renouvelables,
notamment l’énergie produite à partir de sources renouvelables sur place ou à
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
16
proximité ».
Définition du gouvernement fédéral belge
Le gouvernement fédéral belge a également définit le « zéro-énergie » dans le cadre de
la « Réduction d’impôts pour habitation basse énergie, passive et zéro énergie » (SPF
Finances, 2012) :
« On entend par habitation zéro énergie, une habitation sise dans un Etat membre de
l'Espace économique européen et


qui répond aux conditions d'une habitation passive et
dans laquelle la demande résiduelle d'énergie pour le chauffage et le
refroidissement des pièces est compensée totalement par l'énergie renouvelable
produite sur place. »
Il s’agit d’une première définition qui devrait évoluer dans le futur.
Cette définition belge a déjà fait office de plusieurs critiques relevant certaines faiblesses
(Mlecnik et al., 2011, Attia et al., 2012, Van Moeseke et al., 2012) :






Les besoins considérés pour obtenir l’équilibre « net zéro » sont limités aux seuls besoins
de chaud et de froid.
L'application et la méthode de calcul sont différentes au niveau régional, ce qui crée
des définitions divergentes au niveau national.
La définition est actuellement basée sur le standard « maison passive », qui n’est pas
compatible avec la définition de la PEB et qui ne prend pas en compte d'autres
manières d’atteindre un équilibre « net zéro », notamment avec des bâtiments basses
consommations plutôt que passifs.
Le standard belge « maison passive » exclut la règle limitant à 120 kWh/m².an la
consommation d'énergie primaire totale qui inclut tous les appareils (plug loads) et
l'éclairage. Remarquons que les facteurs de conversion spécifiques au combustible et
destinés à être utilisés lors du calcul de l'énergie primaire, peuvent considérablement
influencer l'évaluation des bâtiments et le calcul des émissions de dioxyde de
carbone.
La définition est très liée au standard « maison passive », ce qui a des répercussions sur
le critère de confort utilisé. Par exemple, le critère de confort d'été sur la demande de
refroidissement est inclus dans la certification belge « maison passive », mais cela ne
permet pas l'adoption d’autres modèles de confort par exemple, l'adaptation du
modèle de confort européen (EN 15251, 2007) ou encore l’utilisation de résultats issus
de simulations sur la physique du bâtiment ce qui est demandé pour les bâtiments
non résidentiels. La définition statique du confort liée à la reprise du standard « maison
passive » n’exploite pas entièrement la norme EN15251.
L'importance de la consommation d'électricité est largement négligée. Le standard
belge « maison passive » et la définition du « zéro-énergie » incluent le chauffage et le
refroidissement, mais pas les auxiliaires électriques, l'éclairage et les appareils
ménagers du bâtiment, etc. (Notons qu’en allant plus loin, on pourrait aussi envisager
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
17





de considérer l’énergie grise liée aux matériaux et composants mis en œuvre).
La définition actuelle est axée uniquement sur les logements. Elle n'aborde pas les
autres types de bâtiments (commerciaux, tertiaires, etc.) et elle néglige la
réhabilitation et la rénovation de bâtiments patrimoniaux et historiques.
Les sources d’énergies renouvelables considérées dans le bilan énergétique sont
limitées aux pompes à chaleur sur site, aux installations de panneaux solaires
thermiques et photovoltaïques.
La définition ne tient pas compte du « matching » et du « stockage d'énergie »
(annuel, mensuel et journalier), de la production sur le site par rapport à celle à
l'extérieur du site et des interactions et connectivités aux réseaus. Une question
importante à développer dans la suite des recherches sur le « zéro-énergie » est le
stockage d’énergie sur le « smart grid » belge et le marché des changes.
La définition ne tient pas compte des communautés ou quartiers « zéro-énergie » et
des synergies qui peuvent se produire à partir de la mise en œuvre de systèmes de
chauffage/refroidissement au niveau du quartier. De plus, le standard « maison
passive » est avantagé par les gains solaires ce qui implique des morphologies
urbaines qu’elles permettent l'accès au soleil. Cette question est un défi dans les villes
belges et pour les politiques urbaines.
La définition n'aborde pas de systèmes permettant d’assurer une qualité fiable, ni de
procédures d’un monitoring pour garantir une qualité physique de la réalisation de la
construction et en même temps, de la performance du bâtiment « zéro-énergie ».
Ces citriques s’accompagnent de suggestions pour accompagner et compléter la
réflexion afin de développer une meilleure définition à établir.
Van Moeseke et al. (2012) proposent ainsi : « […] d’oublier les slogans « zéro-énergie » et
« énergie positive » pour parler simplement de la performance énergétique des bâtiments.
Nous définissons cette performance énergétique comme le résultat de la conception et
de la réalisation d’un bâtiment permettant à la fois (1) de faire tendre vers zéro les besoins
énergétiques liés à leur occupation et (2) de maximiser la capacité de production
d'énergie renouvelable du site (3) tout en usant de moyens dont l’impact énergétique
propre tend vers zéro. »
Ces mêmes auteurs font remarquer que l’ambition des NZEB est détachée du projet : « La
recherche d'un niveau « zéro-énergie » reflète une approche sectorielle de l'impact
énergétique des bâtiments. Cette ambition peut être acceptée en tant que projection à
l’échelle du secteur d’un équilibre énergétique global de nos sociétés, mais rien n’indique
que l’équilibre annuel entre production et consommation soit pertinent à l’échelle d’un
projet d’architecture. Au contraire, le niveau « net zéro-énergie » génère une iniquité
flagrante au niveau du projet individuel, notamment entre les sites bénéficiant d'un fort
potentiel d'énergies renouvelables et les autres, ou entre les projets permettant une
réduction drastique des besoins et ceux qui ne le peuvent du fait de contraintes propres
et justifiée (pensons aux questions de patrimoine remarquable, de capacité
d'investissement, etc.). Un niveau d'ambition unique ne peut pas être considéré a priori
comme applicable partout. Certaines situations de projet nécessiteront de revoir les
ambitions à la baisse face aux contraintes techniques, économiques ou patrimoniales,
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
18
tandis que d'autres permettrons d'aller plus loin que l'équilibre énergétique. »
Van Moeseke et al. (2012) proposent donc de dépasser la notion de NZEB. Ils présentent
une définition de la performance énergétique qui suggère de renoncer à la recherche
d’équilibre entre consommation et production d’énergie renouvelable. Car ces deux
aspects relèvent en effet de logiques différentes et de décisions distinctes. Ils pointent
également le caractère inéquitable à l’échelle d’un projet d’une approche voulant
équilibrer ou même comparer ces deux valeurs. Selon leur vision, il ne faut pas chercher à
équilibrer des impacts négatifs (consommation) et positifs (production), mais chercher à
minimiser les uns et à maximiser les autres. Il est important que l’évaluation juste de ces
efforts se fasse relativement au potentiel du site et aux spécificités du programme, et non
en valeur absolue.
Face au flou qui encadre la notion de « zéro-énergie » à l’échelle du bâtiment et à des
échelles plus larges, il semble important de garder un regard critique face aux différentes
possibilités de définition et aux différents objectifs d’équilibre. La Figure 5 suivante
présente, à titre illustratif, une des « aberrations » auxquelles certaines définitions du « zéroénergie » peuvent mener. A droite, un bâtiment correspondant à la définition du « zéroénergie », du fait que son bilan est nul (sa production = sa consommation). A gauche, le
même bâtiment mais comportant un étage d’habitation supplémentaire (et donc des
besoins et des consommations de chauffage annuels plus importants), celui-ci pourrait par
conséquent être considéré comme plus « durable » malgré le fait qu’il ne réponde plus
strictement à la définition du « zéro-énergie » puisqu’il n’arrive plus à compenser par sa
production locale l’intégralité de ses consommations. De là, on peut questionner ce
standard « zéro-énergie » et la notion d’équilibrage des consommations (ou demandes) et
considérer qu’outre le respect strict d’un objectif « zéro-énergie », l’enjeu est plus global et
vise surtout à diminuer au minimum l’ensemble des consommations en énergie primaire et
à augmenter au maximum la production d’énergie in-situ, selon le contexte et les
potentialités de chaque bâtiment et de chaque contexte? Ce type de réflexion mène
aussi à investiguer la possibilité, à l’échelle d’un îlot, d’un quartier ou d’une ville, de
réutiliser le surplus d’énergie produit par certains types de bâtiments dans d’autres
bâtiments bénéficiant de potentialités moins avantageuses en termes de localisation et
de production locale d’énergies renouvelables. Cette « mutualisation énergétique », telle
qu’introduite par Marique et al. (2013c) pourrait également être envisagée entre
bâtiments présentant des fonctions différentes (récupération du surplus de chaleur
d’immeubles de bureaux pour alimenter des logements, etc.) et sera investiguée dans la
suite de SOLEN.
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
19
Figure 5:Illustration d’une réflexion sur le « zéro-énergie » pour deux bâtiments. Celui de gauche
présente un bilan annuel « zéro-énergie », alors que celui de gauche, qui présente un étage
supplémentaire pour la même production d’énergie ne le respecte plus mais participe notamment à
une meilleure utilisation des sols, en particulier en milieu urbain (Flémal, Architecture et climat,
2012).
2.2.4.3.
Des exemples concrets rencontrant l’objectif « zéro-énergie »
De nombreux recueils et publications relatifs aux « bâtiments « zéro-énergie »
L’agence internationale de l’énergie (IEA, 2013) a dressé un recueil de « zero-energy
buildings » réalisé à travers le monde. Il existe de nombreux autres exemples dans la
littérature que nous ne développerons pas ici. Le lecteur intéressé trouvera de plus amples
informations concernant ces bâtiments « zéro-énergie » dans les quelques références
suivantes :







The BOLIG+ project, http://www.boligplus.org/ (in Danish) (accessed 19.11.10).
V. Åkarp, http://greenlineblog.com/2009/02/villa-karp-a-positive-net-energyhousein-malm-sweden/ (accessed 19.11.10).
M. Noguchi, A. Athienitis, V. Delisle, J. Ayoub, B. Berneche, Net Zero Energy Homes
of the Future: A Case Study of the ÉcoTerraTM House in Canada, in: Renewable
Energy Congress, Glasgow, Scotland, July, 2008.
The Active House project, http://www.activehouse.info/ (accessed 19.11.10).
M. Heinze, K. Voss, Goal zero energy building – exemplary experience based on
the solar estate Solarsiedlung Freiburg am Schlierberg, Germany, Journal of Green
Building 4 (4) (2009).
E. Musall, T. Weiss, A. Lenoir, K. Voss, F. Garde, M. Donn, Net Zero Energy Solar
Buildings: An Overview and Analysis on Worldwide Building Projects, in: EuroSun
Conference 2010, Graz, Austria, 2010 (under review).
K. Voss, E. Musall, Net Zero Energy Buildings – International Projects on Carbon
Neutrality in Buildings, DETAIL, ISBN-978-3-0346-0780-3, Munich, 2011.
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
20
Une etude de cas détaillée (Attia, 2010)
!!!! Ce paragraphe est intégralement issu de : Attia, S. G. M. (2010). "Aiming Zero Impact
Buildings: Mondo Solar-2002, A case study in Belgium." Sustainable Buildings CIB 1. et a été
traduit par Tatiana de Meester (Architecture et climat)!!!!
Le projet de rénovation Solar-2002 zéro impact a été réalisé en Belgique. Les
caractéristiques de la conception du bâtiment ont été établies sur les principes de base
de l’architecture bioclimatique : profiter des ressources naturelles (soleil, pluie, etc.). Ce
bâtiment situé à Berlaar, a été rénové en vue d'atteindre des principes de confort des
occupants, d'efficacité énergétique, de production d'énergies renouvelables, de
conservation des ressources et de réduction des impacts environnementaux. La maison
atteint un bilan énergétique et de carbone neutre, un cycle de l'eau fermé, et presque un
cycle « cradle to cradle » pour les matériaux de construction. Notons qu’il ressort de cette
expérience qu’à l’heure actuelle, atteindre l’objectif « zero impact environnemental »
n'est économiquement pas faisable sans des subventions du gouvernement fédéral et
régional.
Figure 6 : Le projet Solar 2002
Cette maison a été largement monitorée : plus de 52 points de mesure ont été utilisés
entre 2006 et 2009 pour le rayonnement solaire, les capteurs solaires, les températures,
l'humidité, la qualité de l'eau, le stockage de l'eau, les émissions de CO2, la consommation
d'électricité, les pompes à chaleur et la production de PV. Cependant, les résultats du
monitoring montrent une difficulté à maintenir le confort thermique durant les périodes
extrêmes de l’été ou de l’hiver.
Le concept de la maison Solar-2002 est une maison individuelle de deux étages : rez-dechaussée de 100 m2, réduit à 90m2 au premier étage. Le living et les chambres sont situés
au rez-de-chaussée et les espaces de travail au premier étage (voir plans ci-dessous). La
façade sud a le plus d'ouvertures ce qui permet un chauffage solaire passif. Pendant la
saison estivale, l'orientation des fenêtres permet une ventilation transversale pour le
refroidissement afin d’éviter des périodes de surchauffe.
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21
Figure 7 : Plan du rez-de-chaussée et du premier étage
L’enveloppe du bâtiment suit les principes de la maison passive. La composition des parois
est constituée de maçonnerie de briques, d’un vide, de panneaux de particules, de 11
centimètres de laine minérale et de gypse. Le toit est un panneau de fibres de bois bitumé
avec 23 cm d’isolation en cellulose, d’un creux et de gypse. Le processus de rénovation
est basé sur une isolation par l’intérieur. Les propriétés de l'enveloppe sont décrites dans le
tableau ci-dessous. L’étanchéité à l’air atteint 0,6 ACH à 50Pa. Un système de ventilation
avec récupération de chaleur a été installé. Notons que le toit créé de par sa géométrie,
un ombrage saisonnier, de sorte que les fenêtres au sud sont à l’ombre en été. Malgré
cela, des volets extérieurs sont installés sur les fenêtres en façades sud et ouest.
Tableau 1 : Détails de construction de Solar-2002 et caractéristiques des installations
Building Description
Shape
Heated Volume
Wall area, Floor area
Glazing Fraction
Windows U-Value
Exterior Wall U-Value
Roof U-value
Floor U-value
Global U-value
Solar 2002
Solar Systems
Solar 2002
Rectangular ( 12 m x 8 m)
390 m3
120 m2, 168 m2
S: 21%; E: 4%; W:11%; N 4%
0.5 W/m2 K (DG)
0.10-0.35 W/m2 K
0.16 W/m2 K
0.25 W/m2 K
0.53 W/m2 K
Azimuth
Avg. sunshine (Horizontal)
TSAC Tilt
TSAC Area
PV/Thermal Tilt
PV/Thermal Area
Heat Pipe Tilt
Heat Pipe Area
PV yield (average)
0o
2,55 kWh/m2.day
60o
36m 2
30o
36m 2
60o
2m 2
4500 kWh, 4.5 kp
Les pentes du toit sont largement utilisées pour la production hybride d’énergie solaire
thermique et d'électricité. Le versant sud du toit est entièrement utilisé pour le chauffage
des locaux, le chauffage de l'eau et pour l'électricité. Pour le chauffage de l'espace, deux
systèmes alimentent un réservoir central de stockage thermique de 850 litres (SOLUS II) :
premièrement, 36 m² de panneaux solaire thermique (TSAC) et d'autre part une pompe à
chaleur géothermique eau-eau. La pompe à chaleur avec serpentin (6kWth et 1,3 kWe)
bénéficie d'un réservoir d'eau souterrain, où la chaleur générée au cours de l'été est
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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utilisée pour chauffer le sol alors que, pendant l'hiver, le flux de chaleur est utilisé pour
chauffer le bâtiment. L'eau chaude accumulée dans le réservoir est utilisé dans les
radiateurs et les planchers chauffants (voir Figure ci-dessous). Pour l'eau chaude sanitaire
(ECS), un panneau solaire thermique de 2m² alimente un boiler de 150 litres. Pour la
production d'électricité, un système PV/thermique de 36 m² produit une puissance
maximale de 5kW. La chaleur produite en dessous des panneaux photovoltaïques sur le
toit est récupérée et distribuée via un ventilateur (Figure ci-dessous). Il faut noter ici que,
en raison du caractère expérimental du projet et afin d’atteindre une autonomie
énergétique, la maison comprend de nombreuses installations techniques hybrides et
complexes.
Figure 8 : Schéma pour les installations du système actif
En ce qui concerne le traitement de l’eau, à Berlaar, la pluviométrie moyenne annuelle
est de 780 mm. Cela signifie que le volume moyen annuel des précipitations est au-delà
de la nécessité des occupants (78 000 litres). La maison possède deux cycles de l'eau. Le
premier cycle de l'eau récupère les eaux du toit dans un réservoir d'eau central. Le
réservoir alimente les douches et les toilettes et en même temps, un certain volume d’eau
est filtré pour devenir de l'eau potable. Le second cycle de l'eau traite les eaux usées.
Celles-ci passent par trois réservoirs successifs, de 1 200 litres chacun, avec des systèmes
de filtration. L'eau filtrée finale est traitée afin de générer d’une part des déchets solides et
de l’autre de l’eau claire. L'eau alimente un lac bio-nettoyeur et les déchets solides seront
mélangés pour retourner dans le sol.
Les consommations énergétiques de la maison Solar-2002 ont pu être analysées grâce à
un système de monitoring. La figure suivante illustre et compare les consommations avant
et après rénovation.
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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23
Figure 9 : Consommations énergétiques avant et après rénovation
La maison ne produit pas de CO2 et aucun processus de combustion n’est associé à
l'utilisation quotidienne du bâtiment. En considérant la consommation énergétique, Solar2002 est dépendant énergétiquement sur une base annuelle. Pour calculer la neutralité
énergétique, l'étude a adopté la définition des « Net Zero Energy Buildings (NZEBs) » de
l'Agence internationale de l'énergie (AIE). La définition de l’AIE précise qu'un NZEB est
connecté à un réseau et que c’est un bâtiment performant énergétiquement, ce qui doit
lui permettre d’équilibrer ses besoins énergétiques annuellement grâce à une production
in-situ. En effet, la maison bénéficie d’un ensoleillement toute l'année ce qui lui permet
d’alimenter le réseau avec ses surplus de production. L'énergie thermique et électrique
produite au cours de la saison ensoleillée crée suffisamment de puissance pour équilibrer
la consommation d'énergie sur une base annuelle. Les résultats du monitoring montrent
que les stratégies passives permettent d’économiser annuellement 90 GJ, soit 79%
d'énergie primaire consommée par rapport à une maison typique de référence. Aussi la
maison économise en moyenne 4 tonnes, soit 68% des émissions annuelles de CO2. Le
calcul du cycle de vie prouve que le bâtiment permettra d'économiser jusqu'à 200-240
tonnes d’émissions de CO2 sur une période de 50 ans, en excluant l'énergie grise, et en le
comparant avec une maison similaire, utilisant un chauffage au gaz naturel consommant
23 000 kWh en moyenne par an.
La maison est totalement indépendante en eau et peut donc rester non connectée aux
circuits.
Le processus de rénovation a utilisé des matériaux écologiques à faible énergie grise. Les
matériaux utilisés sont biodégradables et peuvent être facilement produit par la nature. Le
cycle de vie des matériaux a été calculé pour 100 années.
Les résultats du monitoring montrent que le confort thermique n'est pas garanti dans tous
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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24
les espaces de la maison. Au rez-de-chaussée, il n'était pas possible de garantir une
température confortable. Pendant l'hiver, il a été difficile de maintenir les 20 °C et
pendant l'été, les températures ont souvent dépassé les 25°C. Notons également que la
qualité de l’air à l'intérieur du bâtiment (IAQ) n'a pas été bien maintenue. Les
températures enregistrées, les ratios d'humidité et les niveaux de CO2 étaient élevés.
En conclusions, la maison Solar-2002 a réussi à atteindre un équilibre pour être neutre sur
plusieurs aspects : énergie et carbone, cycle fermé de l'eau et presque un cycle cradle to
cradle pour les matériaux de construction. Toutefois, l'étude a révélé d'autres aspects
importants qui doivent être considérés dans la réalisation de bâtiments « zéro-énergie ».
Malgré la satisfaction des occupants pour le confort thermique, le bâtiment ne peut pas
garantir de bonnes conditions de confort thermique, à la fois en hiver et en été, selon la
définition du confort thermique belge.
Un autre aspect qui requiert une attention particulière, est le stockage de l'énergie et la
connexion au réseau. L’analyse de la maison a souligné l'importance du stockage
thermique. La chaleur est stockée sur une base quotidienne en utilisant le réservoir de
stockage thermique ou sur une base saisonnière en utilisant le sol. Cependant, ce
stockage de chaleur thermique ne satisfait pas les exigences des demandes de chaleur
du bâtiment. D’un autre côté, sans être connecté au réseau électrique, le bâtiment ne
pourrait pas être énergétiquement neutre. Les conséquences de la dépendance au
réseau et l'influence des PV sur le réseau sont des questions importantes pour atteindre des
bâtiments « zéro-énergie ». Solar-2002 ne pourrait pas être « carbone zéro » sans l’utilisation
de technologies très complexes. Ce projet a pu être réalisé uniquement grâce à l'aide
financière et des subventions accordées par le gouvernement régional et la province.
Très peu de « quartiers zéro-énergie »
A l’échelle du quartier, on remarquera deux cas : le quartier « Plus-Energie » de Freiburg,
en Allemagne, qui produit plus d’énergie qu’il n’en consomme grâce à une conception
réfléchie du plan masse et des bâtiments et la mise en œuvre de systèmes énergétiques
optimisés et renouvelables et le quartier BEDZED à Sutton (Angleterre) dont l’ambition
initiale était de développer un quartier dont le bilan-carbone soit égal à zéro (impact
neutre) sans utilisation d'énergies fossiles. Plus largement, de nombreux quartiers, dit
« quartiers durables » ou « écoquartiers » ont vu le jour dans divers régions d’Europe. Si les
aspects énergétiques sont souvent traités, la plupart de ces quartiers n’envisagent pas
comme objectifs d’atteindre un bilan « zéro-énergie » (voir notamment Marique et Reiter,
2011 pour une analyse de quelques quartiers précurseurs en Europe).
2.2.5.
Du bâtiment au quartier, car la forme urbaine et la mobilité ont un impact !
Comme la section précédente l’a mis en évidence, en ce qui concerne les réalisations
concrètes « zéro-énergie », les travaux scientifiques relatifs à une échelle plus large que
celle du bâtiment individuel restent également très peu nombreux. On remarquera
Kennedy et Sgouridis (2011) et Todorovic (2012) qui traitent respectivement de la question
de la définition d’une « Ville Zéro-Carbone » et du rôle des outils de simulation de la
performance des bâtiments dans la planification de « Villes zéro-énergie ». D’une façon
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
25
générale, les études et recherches relatives aux performances énergétiques des
bâtiments restent ainsi, pour la plupart, concentrées sur l’échelle du bâtiment individuel
même si plusieurs auteurs (Baker et Steemers, 2000 ; Steemers, 2003 ; Ewing et Rong, 2008 ;
Ratti et al., 2005) ont mis en évidence l’influence de la forme urbaine sur les
consommations d’énergie dans le secteur du bâtiment et l’intérêt de dépasser l’échelle
du bâtiment individuel pour traiter cette question.
En matière de potentiel en énergies renouvelables à une échelle plus large que celle du
bâtiment individuel, des études sont apparues sur le potentiel solaire de zones urbaines
existantes dans une optique d’implantation de panneaux solaires photovoltaïques
(Amado et Poggi, 2012 ; Izgierdo et al., 2008) mais ces études ne croisent pas leurs résultats
avec les consommations énergétiques des bâtiments ni avec le potentiel énergétique
provenant d’autres types d’énergies renouvelables. Le concept de « mutualisation
énergétique » à l’échelle du quartier est quasi inexistant dans la littérature actuelle.
Remarquons un article de Nielsen et Möller (2012) qui montre que la surproduction de
chaleur provenant de panneaux solaires thermiques sur des « Bâtiments Zéro-Energie »
peut être réutilisée à travers un réseau de chaleur urbain et ainsi augmenter la part
d’énergie renouvelable qui alimente ce type d’infrastructure.
Considéré seul, l’impact de la forme urbaine sur les choix modaux et les consommations
d’énergie dues aux déplacements des personnes (domicile-travail, en particulier) a fait
l’objet, depuis les travaux fondateurs de Newman et Kenworthy (1989), d’un corps
relativement important de littérature. Ces travaux (Naess et al. 1996 ; Banister et al. 1997 ;
Marique et al, 2013b) ont montré que l’impact de la forme urbaine (même s’il se limite le
plus souvent à la seule prise en compte de la densité bâtie) sur les consommations
énergétiques dues au transport est réel et significatif.
Les études qui se sont attachées à prendre en compte conjointement les secteurs du
bâtiment et du transport sont très peu nombreuses. Steadman (1979) est le premier à avoir
développé un point de vue théorique sur l’aménagement urbain qui aborde des critères
de forme et de densité. Il arrive à la conclusion que les villes denses diminuent la part
d’énergie consommée due au transport mais augmentent l’énergie consommée à
l’intérieur des bâtiments et limitent le potentiel en énergies renouvelables solaires. Il montre
ainsi l’intérêt d’aborder ces différents domaines conjointement. Sur base de modèles
simplifiés, d’autres auteurs (Steemers, 2003 ; Ratti et al., 2005 ; Holden et Norland 2005 ;
Norman et al., 2006 ; Marique et Reiter 2012b) ont aussi étudié certaines interrelations entre
consommations d’énergie dans le bâtiment et pour le transport, et confirmé l’intérêt de
cette approche combinée. L'interaction entre bâtiment et mobilité, bien que cruciale au
regard aux questions abordées dans les objectifs de la recherche, reste traitée de façon
fragmentaire dans la littérature scientifique, comme d’ailleurs dans les actions concrètes
ou orientations stratégiques politiques qui négligent le plus souvent l’impact de la
localisation sur la génération de mobilité pour se concentrer sur les performances
énergétiques du bâtiment individuel (neuf le plus souvent).
Ces concepts ne sont pour autant pas définis de façon précise et univoque. Un état de
l’art relatif à ces concepts est présenté dans les trois sections suivantes
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
26
Les concepts de « Quartier (très) basse énergie », « Quartier passif » et « Quartier ZéroEnergie » (Zero-Energy Neighbourhood) sont donc très novateurs et seulement mobilisés
de façon très ponctuelle dans quelques expériences pilotes de « démonstration » voir
section précédente) mais ne font actuellement l’objet d’aucun cadre théorique établi.
Dépasser l’échelle du bâtiment individuel est pourtant crucial au vu des interactions qui
s’opèrent à une échelle plus large, tant sur les performances du bâtiment individuel que
sur le potentiel en énergies renouvelables. De plus, dans une optique globale de
durabilité, ces concepts de« Quartier (très) basse énergie », « Quartier passif » et « Quartier
Zéro-Energie » ne peuvent être dissociés de l’impact de la localisation des quartiers et des
activités sur le territoire sur la génération de mobilité et les consommations énergétiques
liées aux déplacements quotidiens.
Les concepts de « Quartier Basse-Energie » (QBE), « Quartier Passif » (QPA) et « Quartier
Zéro-Energie » (QZE) introduit dans le cadre de la recherche SOLEN sont définis en
première approche dans la section suivante.
2.2.6.
Synthèse et définition dans le cadre de SOLEN
2.2.6.1. Orientations adoptées dans le cadre du développement de
l’outil SOLEN, par rapport aux objectifs « passif », « (très) basse
énergie » et « zéro-énergie ».
Pour rappel, outre l’aspect scientifique de la recherche (qui est/sera valorisé via de
nombreuses publications scientifiques), l’objectif concret de la recherche SOLEN est
d’offrir un outil informatique interactif, accessible sur le Web, qui permette de déterminer,
pour une combinaison donnée de critères (type de quartier (urbain, périurbain, rural),
densité, caractéristiques et âge du bâti, éloignement au centre-ville, mixité, etc.) des
stratégies de rénovations énergétiques les plus efficaces, tant en ce qui concerne la
rénovation des bâtiments, que la mobilité des habitants et le recours aux énergies
renouvelables, en vue d’améliorer la performance énergétique de ces tissus et de réduire
les émissions de gaz à effet de serre à l’échelle des quartiers.
Cet outil comprendra également :


Des indicateurs d’évaluation de l’efficacité énergétique des quartiers wallons
(urbains, périurbains et ruraux);
Des développements méthodologiques et techniques pour améliorer l’efficacité
énergétique des quartiers existants selon trois axes : bâtiments, mobilité et énergies
renouvelables;
Cet outil a pour ambition principale de sensibiliser le grand public et les autorités aux
questions énergétiques dans le bâtiment et le transport ainsi que de participer à
encourager et faciliter la mise en œuvre de projets de rénovations énergétiques de
bâtiments et de quartiers wallons visant notamment les performances « (très) basse
énergie », « passif » voire « zéro-énergie ». Le projet SOLEN vise essentiellement le bâti
existant qui est peu performant énergétiquement, d’une façon générale. Les objectifs «
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
27
(très) basse énergie », « passif » voire « zéro-énergie » seront donc proposés, dans l’outil
interactif, mais pas imposés. Des niveaux de rénovation intermédiaires (isolation de la
toiture, remplacement des vitrages, rénovation au standard PEB pour les nouvelles
constructions, etc.), déjà mobilisés dans le cadre de l’outil SAFE (www.safe-energie.be)
seront maintenus dans l’outil SOLEN de façon à proposer aux propriétaires un large panel
de solutions, adaptées à différents types de budget et d’objectifs.
2.2.6.2.
Les définitions adoptées dans le cadre de l’outil interactif SOLEN
En première approche, les définitions suivantes sont adoptées, dans le cadre de l’outil
interactif SOLEN. Elles seront soumises à précisions et éventuellement adaptations dans la
suite de la recherche de façon à définir, notamment pour les définitions relatives au
quartier, les limites du système considéré, les postes énergétiques considérés, la période
de temps de référence, etc. :







Dans une rénovation « basse énergie », le besoin net d’énergie de chauffage est
inférieur ou égal à 60 kWh/m².an, dans les conditions de calculs respectant le PHPP
2007 et à adapter à la PEB (éventuellement avec un Espec max). Le taux de
perméabilité à l’air η50 est inférieur ou égal à 2 h-1 (ce qui correspond à η=0.1 [h1]).
Dans une rénovation « très basse énergie », le besoin net d’énergie de chauffage
est inférieur ou égal à 30 kWh/m², dans les conditions de calculs respectant le PHPP
2007 et à adapter à la PEB (éventuellement avec un Espec max). Le taux de
perméabilité à l’air η50 est inférieur ou égal à 1 h-1 (ce qui correspond à η=0.05 [h1]). Cette hypothèse d’étanchéité répond aux conseils du CSTC en matière
d’efficacité de la récupération de chaleur sur un système de ventilation double
flux.
Dans une rénovation passive, la modélisation de bâtiment passif dans le projet
SOLEN prendra en compte la définition et le calcul du logiciel PHPP.
Dans un bâtiment « zéro-énergie », la consommation en énergie primaire (Espec)
est diminuée au maximum selon le calcul de la PEB (Chaud, froid, ventilation,
auxiliaires, ECS, etc.) et la production d’énergies renouvellables in-situ est
développée au maximum jusqu’à compenser, au minimum, la totalité des
consommations en énergie primaire dues au fonctionnement du bâtiment et à ses
occupants, sur base annuelle.
Un « Quartier Basse-Energie » est un quartier où le bilan annuel global entre les
consommations, en énergie primaire, relatives aux bâtiments et aux déplacements
des personnes, d’une part, et la production d’énergies renouvelables, d’autre part,
est inférieur à 60 kWh/m².an.
Un « Quartier Passif » est un quartier où le bilan annuel global entre les
consommations, en énergie primaire, relatives aux bâtiments et aux déplacements
des personnes, d’une part, et la production d’énergies renouvelables, d’autre part,
est inférieur à 15 kWh/m².an.
Un « Quartier Zéro-Energie » est un quartier où les consommations annuelles, en
énergie primaire, relatives aux bâtiments et aux déplacements quotidiens des
personnes sont entièrement compensées par la production annuelle locale
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
28
d'énergie grâce à des sources renouvelables. La consommation moyenne en
énergie primaire (Espec) des bâtiments du quartier est diminuée au maximum
selon le calcul de la PEB. Les consommations liées au transport (due à la
localisation du quartier) sont également minimisées. Le potentiel de production
d’énergie du quartier est développé au maximum jusqu’à compenser, au
minimum, la totalité des consommations en énergie primaire dues au
fonctionnement et à l’utilisation des bâtiments et au transport quotidien des
personnes.
Les définitions présentées ci-dessus impliquent l’évaluation de nombreux paramètres dont
la consommation caractéristique annuelle d'énergie primaire. Il s’agit de la
consommation annuelle d'énergie primaire pour le chauffage des locaux, la production
d'eau chaude sanitaire, le refroidissement (fictif), les auxiliaires, calculés selon la méthode
décrite dans l’annexe I de la PEB.
Le tableau suivant reprend, regroupé en 5 thématiques, l’ensemble des paramètres dont
une valeur devrait être calculée lors de l’évaluation du, des bâtiments ou du quartier dans
l’outil interactif SOLEN. Les trois premières thématiques (A. Consommations relatives au(x)
bâtiment(s) et à son utilisation, B. Production d’énergies renouvelables et C.
Déplacements quotidiens des occupants) sont indispensables au bilan énergétique
global. Les différents postes à évaluer doivent faire l’objet d’une évaluation annuelle et
mensuelle et les consommations / productions seront transformées en énergie primaire de
façon à pouvoir comparer les différents postes. Les thématiques D (Energie grise) et E
(émissions de gaz à effet de serre) complètent l’analyse mais restent facultatives. L’unité
utilisée dans ce bilan est le kWh (annuel et mensuel). L’utilisation d’autres indicateurs
(kWh/m².an, kWh/personne.an, coût annuel, etc.) est souhaitée pour compléter et enrichir
l’analyse et pour l’adapter aux besoins et aux priorités de chaque utilisateur.
Tableau 2 : Premier cadre général proposé pour l’évaluation des résultats globaux, suite à une
évaluation d’un bâtiment ou d’un groupe de bâtiments dans l’outil interactif SOLEN.
A. Les consommations relatives au(x) bâtiment(s) et à son utilisation
POSTES CONSIDERES
- Chauffage et ventilation
- Refroidissement
- Eau chaude sanitaire
- Auxiliaires
- Cuisson
- Electroménagers
- Eclairage
- Autres
INDICATEURS A CALCULER
- Niveau K
- Risque de surchauffe
- Espec [kWh/m².an]
- Niveau E
BILAN A. (ENERGIE PRIMAIRE, BALANCES ANNUELLE ET
MENSUELLE)
- Total des consommations par type de combustibles
- Total des consommations d’électricité
CONSOMMATIONS A
MINIMISER
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29
- Autres.
B. La production d’énergies renouvelables
POSTES CONSIDERES
- Panneaux solaires thermiques
- Panneaux photovoltaïques
- Eoliennes (quartier ou individuelle)
- Biomasse
- Autres
BILAN B. (ENERGIE PRIMAIRE, BALANCES
MENSUELLE)
ANNUELLE
-Production de chaleur provenant des
renouvelables
-Production d’électricité provenant des
renouvelables
-Autres
ET
PRODUCTION A MAXIMISER
sources
sources
C. Les déplacements quotidiens des occupants
POSTES CONSIDERES
-Déplacements quotidiens des occupants pour le
travail, l’école, les commerces, etc. que ce soit en
voiture, en co-voiturage, en bus, en train, à vélo, à
pied, etc.
BILAN C. (ENERGIE PRIMAIRE, BALANCES ANNUELLE ET
MENSUELLE)
A MINIMISER
-Consommation de carburant pour les déplacements
-Consommation d’électricité pour les déplacements
-Autres
D. (((L’énergie grise))))
(((Energie grise du bâtiment)))
(énergie primaire pour production, utilisation et évacuation
d’un matériau, depuis extraction des matières premières
jusqu’au traitement en fin de vie + énergie nécessaire au
transport jusqu’au chantier et à la mise en œuvre)
(((Energie grise du quartier)))
(la voirie, ses trottoirs, son éclairage, tous les réseaux,
électriques,
d’égouts,
d’eau,
de
gaz,
de
télécommunications,…)
A MINIMISER
A MINIMISER
E. ((((Les émissions de gaz à effet de serre))))
(((Emissions: CO2, NOx, GES, de poussière, etc.))))
A MINIMISER
BILAN GLOBAL A, B, C, (D), (E)
Bilan global des différents postes calculés, sur base annuelle et sur base mensuelle, en énergie
primaire, et éventuellement sur base d’autres indicateurs à spécifier par l’utilisateur
> l’objectif « zéro-énergie » est-il rempli ?!
2.2.6.3. Les approfondissements opérés dans la suite de la recherche
SOLEN
Ces définitions restent pour l’instant théoriques et orientées vers l’outil interactif final à
développer. Dans le cadre de la recherche SOLEN, elles feront l’objet d’analyses
approfondies, notamment en ce qui concerne les éléments suivants :
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
30




(1) la définition précise et complète d’un cadre conceptuel solide qui s’articule
autour des consommations énergétiques des bâtiments, de l’impact de la
localisation sur les consommations pour le transport et du recours à des sources
d’énergies renouvelables ;
(2) le développement de méthodes d’évaluation complètes qui permettent, dans
une approche systémique, de rendre compte de la complexité de l’objet «
quartier » et des multiples interactions qui s’opèrent en son sein.
(3) la définition complète des limites des systèmes considérés et des périodes de
temps étudiées (bilans annuel, mensuels, etc.).
(4) l’investigation des notions de « mutualisation énergétique », de stockage de
l’énergie et de connections aux réseaux.
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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31
3. Phase I : Typologie
3.1. Introduction
L’approche typologique, aussi employée par Jones et al. (2000) ou Maïzia et al. (2009),
permet à la fois de dépasser l’approche monographique et non reproductible d’une
analyse de cas et de permettre la généralisation des résultats obtenus à un territoire plus
vaste sans adopter les hypothèses plus restrictives qui caractérisent souvent les analyses
menées à l’échelle de l’ensemble du stock bâti d’une région (par exemple Dujardin et al.
(2012) pour le stock bâti wallon ou Wallemacq et al. (2011) et Marique (2013) pour la
région urbaine de Liège). Les typologies des quartiers et des bâtiments résidentiels wallons
proposées dans les sections suivantes seront ultérieurement mobilisées dans l’outil
interactif. Elles permettront notamment, via le choix d’images synthétiques, à l’utilisateur
de spécifier dans quel type de quartier et dans quel type de bâtiment il réside de façon à
adapter une série de paramètres relatifs à l’évaluation énergétique des quartiers, des
bâtiments, des transports et des énergies renouvelables. Elles seront aussi mobilisées dans
le cadre de la recherche, notamment en ce qui concerne l’identification et la
quantification des pertes solaires engendrées par les obstructions dues aux masques
environnants, l’investigation des interrelations entre forme urbaine, localisation et
déplacements des personnes ainsi que dans le cadre des variations paramétriques
destinées à identifier les paramètres qui ont le plus d’influence sur les bilans énergétiques
globaux des quartiers et des bâtiments.
3.2. Typologie des quartiers wallons
Une typologie des quartiers résidentiels wallons a d’abord été réalisée de façon à
identifier les configurations-types les plus courantes. L‘angle d’approche adopté pour
développer cette typologie est la densité bâtie (densité nette de logements par hectare
urbanisé) qui a l’avantage d’axer le propos sur des caractéristiques morphologiques des
quartiers. Une contrainte supplémentaire posée en préambule à la définition de cette
typologie de quartiers et sa spatialisation, c’est-à-dire, qu’un lien entre les quartiers (selon
leur densité) et leur localisation doit pouvoir être maintenus, notamment dans le cadre de
l’investigation des interrelations entre forme urbaine, localisation et génération de
mobilité.
L’analyse typologique a été réalisée sur base cartographique (fond de plan PLI (plan de
localisation informatique3) de la Wallonie qui reprend les parcelles, les voiries et les
bâtiments existants). La densité nette de logements dans chaque quartier (assimilée dans
le cadre de ce calcul au secteur statistique qui est la plus petite entité statistique pour
laquelle des données INS sont disponibles4) a été calculée sur base des données de l’INS
3
Le plan de localisation informatique (PLI) de la Wallonie (1/10.000) qui vise à enrichir le fond de plan cadastral
de l’IGN d’un référentiel cadastral continu sur l’ensemble du territoire wallon. Il comprend les communes,
divisions, sections, parcelles et bâtiments issus des planches cadastrales vectorisées et recalées (en les
déformant) sur les cartes topographiques de l’IGN. Une clé unique est attribuée à chaque parcelle et permet le
lien avec la matrice cadastrale.
4
« Le secteur statistique est l’unité territoriale de base qui résulte de la subdivision du territoire des communes et
des anciennes communes par l’Institut National de la Statistique. L’objectif était de pouvoir diffuser les données
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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32
2001 (Enquête socio-économique générale 2001). Pour rappel, la densité nette de
logements représente le nombre de logements par hectare urbanisé (les espaces
collectifs, voiries, etc. sortent donc du calcul de la surface de référence). Conformément
à l’objet de la recherche, seuls les bâtiments résidentiels sont considérés ici.
La répartition des secteurs statistiques selon la densité nette de logements par hectare
s’exprime sous forme d’une courbe gaussienne. 10 classes de densité ont été utilisées pour
classifier les 9.875 secteurs statistiques wallons selon leur densité nette de logements
(classification « natural breaks » de Jenks, qui détermine le meilleur arrangement des
valeurs en classes par comparaison itérative des sommes de la différence au carré entre
les valeurs observées au sein de chacune des classe et des moyennes de celles-ci. La «
meilleure » classification identifie les « ruptures » dans la distribution des valeurs ordonnées
ce qui minimise, sans tenir compte de la classe, la somme des différences au carré.).
Ces 10 classes de densité et leurs caractéristiques principales sont synthétisées dans le
tableau suivant :
Tableau 3 : Les dix classes de densité et leurs caractéristiques principales
Densité
Classe
nette
de
logements
Type
d’habitat
Type de bâti
Type d’environnement
1
0 à 4,9
Individuel
Corps de fermes isolés
Rural
2
5 à 8,9
Individuel
Maisons isolées et mitoyennes
Rural
3
9 à 13,9
Individuel
Maisons isolées et mitoyennes
Rural à Périurbain
4
14 à 20,9
Mixte
Maisons isolées et mitoyennes
Périurbain et Centre-Bourg
5
21 à 31,9
Mixte
6
32 à 48,9
Mixte
7
49 à 78,9
Mixte
8
79 à 137,9
Collectif bas
9
138 à 255,9
10
256 à 507
Collectif
Moyen
Collectif
haut
Maisons mitoyennes en ruban
et petits immeubles
Maisons mitoyennes en ruban
et petits immeubles
Maisons mitoyennes en ruban
et ilots urbains
Maisons mitoyennes en ruban
et ilots urbains
Périurbain et Centre-Bourg
Périurbain à Urbain
Urbain
Urbain
Ilots urbains
Urbain
Ilots urbains
Urbain
statistiques à une échelle plus fine que celle de la commune. Les secteurs statistiques ont été définis en 1970 pour
le Recensement de la Population et des Logements (recensement INS de 1981) sur base de caractéristiques
d’ordre social, économique, urbanistique ou morphologique. Ils ont été retouchés pour l’Enquête SocioEconomique de 2001 pour épouser les modifications des limites communales et intégrer les grandes
modifications de l’utilisation des sols. », www.statbel.fgov.be/fr/, consulté en mars 2010. De façon générale, on
considère, qu’en zone urbaine, le secteur statistique s’approche de la notion du « quartiers » et qu’en zones
rurales, il reprend un ensemble de hameaux.
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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33
Ces 10 classes de densité ont ensuite été agrégées en 8 types de quartiers principaux, car
certaines présentent, sur base d’une analyse visuelle, des similarités. C’est notamment le
cas pour les classes de densité très élevée. On peut également remarquer, au sein d’une
même classe de densité, la co-existence de deux ou plusieurs types morphologiques de
quartiers différents (comme c’est le cas pour les quartiers de type « semi-continu
homogène, cité sociale » et « village, noyau rural ». Aucune classe de densité n’est
attribuée au dernier type, « grands ensembles et autres », car ce type de quartiers, peu
fréquent en Wallonie, présente des spécificités morphologiques propres (bâtiments de
grande hauteur, large espaces libres).
Figure 10 : Classification des secteurs statistiques par classe de densité nette de logements
(natural breaks)
Figure 11 : Répartition des secteurs statistiques par classe de densité (%)
La typologie de quartiers finale est présentée dans le tableau suivant, où, à chacune des
classes de densité adoptées, est attribué un nom caractérisant le quartier.
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34
Tableau 4 : Typologie des quartiers résidentiels wallons selon la densité nette de logements
Type de quartiers
Densité (log/ha)
1
Centre-ville dense
[79-138,9[, [139-255,9[, [257–
507[
2
Urbain continu
[49-78,9[
3
Urbain semi-continu
[32-48,9[
4
Semi continu
sociale
5
Village, noyau rural
[14-20,9[, [21-31,9[
6
Lotissement périurbain
[5-8,9[, [9-13,9[
7
Rural isolé
[0-4,9[
8
« Grands ensembles » & autres
-
homogène,
cité
[14-20,9[, [21-31,9[
Figure 12 : Exemple de classification des secteurs statistiques selon leur densité nette de
logements, centre-ville de Liège
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35
Un quartier représentatif de chaque type a ensuite été sélectionné sur base visuelle. Ces
quartiers seront considérés comme les cas de référence mobilisés dans la suite de la
recherche SOLEN. Les analyses qui seront réalisées dans la suite de la recherche seront
ultérieurement reproduites pour d’autres quartiers représentatifs de chaque type de façon
à tester la variabilité de certains paramètres au sein d’une même classe de densité.
Chacun de ces huit quartiers-types a ensuite fait l’objet d’une modélisation
tridimensionnelle dans le logiciel Sketchup®. Les données nécessaires à ces modélisations
proviennent du fond de plan cadastral PLI (Plan de Localisation Informatique, 1/10.000,
version de 2006) de la Wallonie, du fond de plan PICC (Projet Informatique de
Cartographie Continue5, 1/1.000) de la Wallonie, de données extraites sur Google
StreetViewTM et de données complémentaires recueillies sur site.
Les huit quartiers types de base sont présentés sur les figures suivantes. Remarquons que les
quartiers de type 4, 5 et 6 sont issus de la typologie des quartiers réalisées dans le cadre du
projet de recherches SAFE qui portait uniquement sur les quartiers périurbains.
Figure 13 : Le quartier-type de type « centre-ville dense » : quartier Saint-Loup à Namur
5
Le PICC permet notamment d’extraire les données relatives à la troisième dimension (hauteur de faite et
hauteur de corniche) mais n’est pas disponible sur l’ensemble du territoire wallon.
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36
Figure 14 : Le quartier-type de type « urbain continu » : quartier Fond-Pirette – Campine à Liège
Figure 15 : Le quartier de type « urbain semi-continu » : quartier Petit Paris à Mons
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37
Figure 16 : Le quartier de type « semi-continu homogène, cité sociale » : cité sociale Chavée à
Fontaine-L’Eveque.
Figure 17 : Le quartier de type « village, noyau rural » : Noyau villageois de Rotheux
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38
Figure 18 : Le quartier de type « lotissement périurbain » : lotissemen Géronsart à Jambes
Figure 19 : Le quartier de type « rural isolé » : ferme isolée à Grez-Doiceau
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Figure 20 : Le quartier de type « grands ensemble » ; grand ensemble Petit Paris à Mons
Figure 21 : Représentativité de chaque type de quartier
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40
3.3. Typologie des bâtiments
3.3.1.
Introduction et approche adoptée dans le cadre de la recherche SOLEN
Un des objets principaux du projet de recherches SOLEN est d’étendre les résultats de SAFE
à l’ensemble des bâtiments résidentiels wallons, quel que soit leur type (rural, urbain, etc.).
Cet objectif implique de traiter de très nombreuses déclinaisons des bâtiments types dans
les simulations thermiques dynamiques qui permettront de compléter la base de données
nécessaire aux évaluations énergétiques des bâtiments et des quartiers dans l’outil
interactif SOLEN à produire. Dans cette optique, la systématisation et la paramétrisation
des bâtiments et des simulations à produire sont indispensables. L’approche développée
dans le cadre de SAFE, une typologie de bâtiments basée sur des cas réels ne semble plus
optimale dans ce contexte.
En préambule à la définition d’une typologie paramétrée des bâtiments résidentiels
wallons, le présent chapitre rappelle quelques notions importantes relatives au stock bâti
existant en Wallonie et aux caractéristiques principales des différents types de logements
les plus courants, sur base de travaux existants. Pour plus de lisibilité, la typologie des
bâtiments adoptée dans le cadre de SOLEN, et établie notamment sur base de ces
travaux existants, est présentée dans le chapitre 5, relatif au volet « bâtiment ». Ce
chapitre 5 présente ainsi, de façon continue, la typologie des bâtiments, les
paramétrisations nécessaires à un traitement en série des analyses et la méthode adoptée
dans le cadre des simulations thermiques dynamiques qui constituent la base de l’outil
interactif SOLEN à développer en fin de recherche.
3.3.2.
Etat des lieux des logements en Région wallonne
3.3.2.1.
Introduction et rappels
Le parc de logements wallons est globalement ancien et de qualité thermique faible,
puisque la plupart des logements ont été construits à une époque de faible coût de
l’énergie et en l’absence de réglementations sur la thermique des bâtiments. Cette faible
qualité thermique est toutefois très fortement améliorable, par la rénovation énergétique
du stock bâti existant.
En préambule à la présentation de différentes typologies existantes, il convient
certainement de rappeler quelques chiffres-clés relatifs au territoire wallon (Kints, 2008) :







16.844 km² (forêt 29,5%, agriculture 52,6% et zones bâties 13,6%)
± 1.490.000 de logements principaux (+ résidences secondaires)
5 provinces, 262 communes
3.456.775 habitants
2,32 personnes/ménage
205,2 hab/km² (UE25 : 32 ; France : 96 ; Flandre : 441 ; Pays-Bas : 3999)
± 1.390.000 personnes actives (15-64 ans).
Le nombre de logements et le nombre d’habitants sont en croissance. La taille des
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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41
ménages diminue depuis des décennies. La densité de population moyenne est d’environ
205 habitants / km² et on approche les 90 logements/km² (avec une répartition non
homogène sur l’ensemble du territoire).
La répartition des logements en Wallonie est présentée sur la figure suivante. Rappelons
qu’une densité minimale de 25 habitants/ hectare est considérée comme le seuil
minimum de l’urbanisation, tandis que dans un noyau urbain, la densité dépasse 50
habitants / hectare.
Figure 22 : A. Répartition du territoire (en superficie) en fonction de la taille des noyaux d’habitat et
B. Répartition de la population en fonction de la taille des noyaux d’habitat (Chiffres > Atlas de
Wallonie, Kints 2008)
En Wallonie, 14% du territoire est couvert par des zones urbanisées et industrielles (Flandre
23%, Bruxelles 76%). L’atlas de Wallonie révèle que la population urbanisée est estimée à
49,5% (dont 20,5% dans des noyaux urbains) et couvre 3% du territoire ; ce qui signifie qu’à
peine la moitié de la population habite dans des zones atteignant un minimum de densité
urbaine. Ce phénomène met en avant, la tendance, depuis plusieurs décennies, à une
croissance diffuse : glissement de la population depuis les zones les plus denses vers les
zones périphériques (Kints, 2008).
A la lecture de ces chiffres, la Wallonie se caractérise par un grand nombre de noyaux
d’habitat de plus de 50 habitants, une localisation quasi exclusive de la population dans
ces noyaux et une superficie relativement faible occupée par ceux-ci. La plupart de ces
noyaux d’habitat sont localisés le long du sillon Sambre-et-Meuse, dans le triangle
Bruxelles-Mons-Namur et dans le Sud-Luxembourg. Dans le sud de la Wallonie, à
l’exception de quelques pôles, la dispersion est grande. Rappelons que la Wallonie
compte 3 villes de plus de 100.000 habitants (Charleroi, Liège et Namur) et quelques villes
de plus de 40.000 habitants (Mons, Tournai, Mouscron, La Louvière, Verviers + le sud de
Bruxelles). En observant le territoire wallon en fonction du niveau d’urbanisation
morphologique, il apparait qu’une grande majorité de communes sont rurales ou à
urbanisation morphologique faible (Kints, 2008). La figure suivante présente la répartition
des logements au sein des différentes « aires urbanistiques » tel que définies par MRW
(2004).
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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42
Figure 23 : Répartition des logements au sein des différentes «aires urbanistiques» (Chiffres >
Enquête socio-économique 2001 - DGSIE, SPF Economie - Cartographie CREAT, UCL, 2008,
Kints, 2008)
3.3.2.2.
Les types de logements
Les statistiques cadastrales révèlent le nombre de logement selon leur type (voir tableaux
ci-dessous). En Wallonie, les maisons « 4 façades » (de type ouvert) représentent 31% du
stock de logements (27% en Belgique), les maisons « 3 façades » (de type demi-fermé),
23% (18% en Belgique), les mitoyennes (de type fermé) 28% (26% en Belgique) et les
appartements, 13% (23% en Belgique). Sans tenir compte des appartements, 38% des
maisons unifamiliales, sont des maisons « 4 façades », 28% sont des maisons « 3 façades » et
34% sont des maisons mitoyennes. Dans certaines communes, les maisons « 4 façades »
représentent entre 67% et 85% du stock existant (SPF economie.fgov.be, 2013).
Tableau 5 : Nombre de logements par type et représentation (%) par région et au niveau national
(Statistique cadastrale du nombre de bâtiments au 1er janvier 2011)
Bruxelles
Wallonie
Maisons de type
Capitale
Flandre
Belgique
448.923
27,78%
193.908
35,32%
692.025
22,95%
1.334.856
25,77%
366.334
22,67%
17.304
3,15%
562.890
18,67%
946.528
18,27%
498.151
30,83%
6.092
1,11%
881.386
29,24%
1.385.629
26,75%
208.112
12,88%
287.841
52,43%
699.992
23,22%
1.195.945
23,09%
55.886
3,46%
38.094
6,94%
93.258
3,09%
187.238
3,61%
fermé
Maisons de type
demi-fermé
Maisons de type
ouvert, fermes,
châteaux
Buildings et
immeubles à
appartements
Maisons de
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43
commerce
Tous les autres
38.491
2,38%
5.742
1,05%
85.209
2,83%
129.442
2,50%
1.615.897
100%
548.981
100%
3.014.760
100%
5.179.638
100%
bâtiments
Total
La Wallonie environ 13% d’appartements et 81% de maisons unifamiliales. Les maisons « 4
façades » représentent environ un tiers des logements. C’est en ville que les configurations
les plus denses (appartements, maisons jumelées) sont principalement représentées.
Notons que, la grande majorité des logements wallons possèdent un jardin (Kints, 2008).
Une analyse complémentaire est présentée sur la figure suivante (à gauche). Elle permet
de visualiser la répartition des logements en Wallonie en fonction de leur configuration
selon l’Enquête socio-économique de 2001. La partie droite de la figure illustre la
répartition des logements en fonction de leur type. Par bâtiments multifamiliaux, on
entend les logements situés dans de « grands immeubles à appartements » (plus de 10
logements). Ils sont principalement situés dans les grandes villes (Liège, Charleroi). Seuls 5%
des logements sont situés dans des bâtiments ne comptant que 2 logements.
Figure 24 : Répartition des logements en
fonction de leur configuration (Chiffres >
Enquête socio-économique 2001 - DGSIE, SPF
Economie - Non–réponses réparties %, Kints
2008)
Figure 25 : Répartition des logements en
fonction du type de bâtiment dont ils font
partie (Chiffres > Enquête sur la qualité de
l’habitat en Région wallonne 2006-2007,
DGATLP, Kints 2008)
En Belgique, 64% des nouveaux bâtiments de logements construits après 1981 sont des
maisons « 4 façades ». Ce phénomène s’accroit car ils étaient 45% entre 1962 et 1970, et
56% entre 1971 et 1981 (SPF economie.fgov.be, 2013). L’urbanisation diffuse (construction
de villas « 4 façades » à l’extérieur des centres) reste une tendance lourde même si un
ralentissement est observée depuis récemment, probablement en lien avec le marché
(prix élevés). Un phénomène nouveau est l’apparition de petits immeubles à
appartements en dehors des agglomérations (Kint,s 2008 Marique, 2013).
3.3.2.3.
La taille des logements
La taille des logements peut se définir en faisant référence au nombre de pièces
d’habitation ou à la superficie des pièces habitables. On entend par pièces d’habitation :
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les cuisines, livings, salons, salles à manger, bureaux (à usage privé), salles de jeux, de
loisirs, chambres à coucher (donc hors salles de bains, buanderies, greniers, caves, halls,
garages, etc.). En Wallonie, les logements comptent en moyenne 4,8 pièces d’habitation.
On considère par superficie habitable d’un logement, la superficie des pièces
d’habitation définies ci-dessus. De là, découle la superficie totale, ou surface chauffée, du
logement qui est égale en moyenne à 1,5 fois cette superficie habitable (l’épaisseur des
murs extérieurs, les halls et dégagements, salles de bains, wc, etc. sont alors comptabilisés)
(Kints 2008). En 2001, la Wallonie compte ainsi, toujours selon Kints (2008) :
 8% de logements de taille inférieure à 35 m²,
 19% de logements de 35 à 54 m², soit 27% de petits logements
 51% de logements moyens, d’une superficie comprise entre 55 et 104 m²
 13% de logements de 105 à 124 m² : les grands logements
 9% de très grands logements, d’une superficie supérieure à 125 m²
La superficie habitable moyenne par logement est de 81,4 m² et la superficie utile par
habitant est de 33,7 m² (Voir figure ci-dessous).
Figure 26 : Répartition des logements en fonction de leur superficie habitable
(Chiffres > Enquête socio-économique 2001 - DGSIE, SPF Economie, Kints 2008)
Les logements wallons peuvent être considérés, en moyenne, comme spacieux mais
globalement, leur superficie habitable a tendance à diminuer (la pression sur l’espace
semble s’accroître partout). Ce sont les logements d’une surface habitable comprise
entre 85 et 104 m² qui ont la côte aujourd’hui. La proportion de très grands logements
diminue, celle des très petits logements augmente, notamment en raison de (Kints, 2008) :

l’augmentation du nombre de petits ménages, dont beaucoup d’isolés, qui

recherchent souvent des logements abordables (donc petits) ;
la hausse du nombre de studios et appartements dans les nouvelles constructions

et les transformations ;
l’augmentation des prix de l’immobilier et la nécessité de réaliser des économies
sur l’espace.
Il est à noter que si la surface moyenne des logements a tendance à diminuer, la
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45
superficie utile par habitant augmente de manière constante. En plus de ce constat,
durant les dernières décennies, la superficie chauffée des logements a fortement
augmenté (dû à la généralisation du chauffage central) (Kints, 2008).
Figure 27 : Taille des logements en fonction de leur configuration
(Chiffres > Enquête socio-économique 2001 - DGSIE, SPF Economie, Kints, 2008)
Les petits logements se rencontrent principalement dans les anciens bassins industriels
avec beaucoup de petites maisons ouvrières et dans les villes et leur périphérie proche, en
lien avec le type de logement (appartements, studios et maisons mitoyennes) avec la
pression foncière (zones densément peuplées, parcelles plus petites) et avec les
caractéristiques des ménages (nombreux locataires, petits ménages et ménages aux
revenus moins élevés (beaucoup de jeunes avec peu de moyens financiers, en « début
de carrière », qui louent des appartements de petite taille, de prix abordables).
Plusieurs zones de la Wallonie se caractérisent par de grands logements (taille supérieure à
la moyenne du pays). On les retrouve notamment le long de l’axe Bruxelles-NamurLuxembourg et dans le Brabant Wallon, de manière assez générale dans les communes
rurales sises au sud du sillon Sambre et Meuse (cela peut s’expliquer par le fait que la
pression foncière y est plus faible) et dans les banlieues accueillant des populations aisées.
Les grands appartements se trouvent notamment hors des villes.
3.3.2.4.
Les époques de construction des logements
L’âge des logements est un paramètre important. Il a déjà été bien introduit au cours du
projet de recherches SAFE. Il s’agit donc ici d’un bref rappel. La figure suivante rappelle
que le parc de logements wallons est globalement ancien puisque près de la moitié des
logements ont été construits avant 1945. 75% des logements datent d’avant 1980.
La répartition spatiale des logements en fonction de leur époque de construction n’est
pas homogène. Elle est liée à l’histoire de l’urbanisation du pays composée de vagues
successives de construction, guidées par l’extension des villes devenues régions urbaines
(développement concentrique) et ensuite par une urbanisation plus diffuse. Car à
l’exception des logements les plus récents, il s’avère que la qualité énergétique de la
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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46
grande majorité des logements wallons est faible : l’isolation thermique de l’enveloppe
(murs extérieurs, toitures, fenêtres, sols) est le plus souvent très faible, voire absente. Pour
rappel, la première réglementation sur les performances énergétiques des bâtiments neufs
est entrée en vigueur en 1984, en Wallonie.
Figure 28 : Répartition des logements en fonction de leur époque de construction
Chiffres > Enquête socio-économique 2001 - DGSIE, SPF Economie, Kints, 2008
L’âge des logements influence en grande partie leur qualité. En effet, la conception de
l’habitation a évolué au cours du temps et avec elle des normes de confort.
Il existe un clivage net entre l’agglomération et la banlieue car les logements situés en
agglomération sont souvent plus anciens, en raison du développement concentrique des
pôles urbains. Rappelons qu’à partir des années 60 surtout, un grand nombre de ménages
ont privilégié les localisations périphériques, en lien notamment avec le développement
des moyens de communication. De nombreuses études empiriques ont par ailleurs montré
les préférences de nombreux ménages wallons pour la vie «au vert» (la maison unifamiliale
« 4 façades » construite au calme, à la campagne, reste un modèle valorisé). Cette
question de l’étalement urbain en Wallonie, en ce y compris ces causes, caractéristiques
et conséquences, a été largement traitée dans le cadre du projet SAFE et dans la thèse
d’A-F Marique (2013).
3.3.2.5.
La localisation des logements selon leur type
On observe un lien très marqué entre la localisation des logements et leurs
caractéristiques. Comme le montrent les figures suivantes, les centres urbains concentrent
essentiellement un habitat groupé avec une part importante d’appartements dans des
immeubles à plusieurs étages et de maisons mitoyennes. En s’éloignant des centres
urbains, la part des maisons jumelées, puis « 4 façades » s’accroît.
La différence entre agglomérations et banlieues, entre zones résidentielles des migrants
alternants et zones rurales est particulièrement marquante en 2001 au niveau du type de
construction (Goosens et al., 2007). Les agglomérations comptent proportionnellement
plus d’appartements et de maisons mitoyennes et nettement moins de maisons à 3
façades et plus. En agglomérations, les constructions « 4 façades » représentent 13,7% des
logements (voir tableau ci-dessous). De nombreuses constructions « 4 façades » se
retrouvent également dans les villes plus petites en zones rurales (ne comportant pas de
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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47
région urbaine), plutôt que dans les agglomérations. Cela s’explique du fait qu’il s’agit
principalement de noyaux urbains dont la délimitation administrative inclut une partie de
zone suburbaine mais aussi une zone plutôt rurale, dans lesquelles les constructions
ouvertes sont majoritaires. Depuis 1991 et en 10 ans, on constate que la part
d’appartements s’est accrue dans toutes les zones d’urbanisation, même dans les zones
suburbaines, périurbaines (zones résidentielles des migrants alternants) et rurales. C’est
dans les zones résidentielles des migrants alternants (+3,4%), que la proportion
d’appartements a augmenté le plus. Les logements unifamiliaux « 4 façade »s en
constructions n’augmentent pas et enregistrent même une tendance à la baisse au profit
des « 3 façades », notamment en lien avec la pression sur les terrains à bâtir. Les
logements unifamiliaux mitoyens diminuent notamment du fait que les maisons
unifamiliales sont remplacées dans les agglomérations par des appartements ou par des
bâtiments ayant une fonction autre que résidentielle. Cela s’observe également dans les
campagnes où le nombre d’(anciennes) maisons mitoyennes est à la baisse. (Goosens et
al., 2007).
Figure 29 : Répartition des logements wallons proportionnellement (A) et en nombre (B) en
fonction du degré d’urbanisation - Chiffres > ESE 2001 - DGSIE, SPF Economie, Kints, 2008
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Tableau 6 : Type de construction selon le degré d’urbanisation (en %), Agglomération + banlieue =
région urbaine (Source: INS - ESE 2001. Analyse: Géographie KULeuven & UCL cité dans
Goosens et al., 2007)
3.3.3.
Les typologies prioritaires de logements
Une série de « cas types », largement représentatifs de l’ensemble des logements de la
Wallonie, peuvent être identifiés sur base de critères autres que leur niveau d’isolation, à
savoir : leur âge, leur taille, leur configuration, leur localisation, certaines caractéristiques
constructives, le type d’occupation, etc. comme illustré sur la figure suivante (Kints, 2008).
Figure 30 : Répartition des logements wallons selon leur âge et leur configuration
Chiffres > Enquête socio-économique 2001 - DGSIE, SPF Economie, Kints, 2008
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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49
Evrard et al. (2012) ont utilisé la même analyse pour également développer onze
typologies de logements de base, comme illustré sur la figure suivante. Leur étude se base
entre autre sur l’analyse de rapports précédents (dont celui de Kints (2008) et de
différentes bases de données : ESE2001 (enquête socio-économique), PAE (audits
énergétiques), certification PEB, etc.). Les performances énergétiques de chaque cas sont
calculées selon la méthode PEB en considérant une série d’hypothèses.
Figure 31 : Définition des 11 typologies de base (Evrard et al. 2012)
Ces onze types proposés par Evard et al. (2012), sur base de Kints (2008) sont :
1. Maison de type vernaculaire (± 6% des logements construits avant 1991) : Le plus
souvent rurale et « 4 façades », ancienne (18ème, 19ème et début 20ème)
2. Maison urbaine moyenne, début 20ème siècle (± 16% des logements construits avant
1991) : maison mitoyenne ou semi-mitoyenne, 5 à 6 m de façade
3. Maison villageoise, entre-deux-guerres (± 5% des logements construits avant 1991)
4. Maison ouvrière, « modeste » (± 18% des logements construits avant 1991) : maison
mitoyenne, datant d’avant 1945
5. «Villa» des premières extensions urbaines (± 6% des logements construits avant 1991) :
années 30 et surtout 50-60 : maisons moyennes à grandes, isolées ou jumelées
6. Appartement dans un immeuble type « Etrimmo » (± 6% des logements construits
avant 1991) : années 60 et 70 - Bâtiment avec balcons, ascenseur, toit souvent plat
7. Maison 4 façades type « lotissement » (± 13% des logements construits avant 1991) :
années 70 et 80, d’abord en banlieue, puis sur l’ensemble du territoire
8. Appartement dans un « bâtiment divisé en plusieurs unités de logement » (± 6% des
logements construits avant 1991) : différentes configurations et âges de bâtiments
9. Maisons de type non prioritaire (construits entre 1961 et 1996)
10. Maison d’après 1997(construits entre 1961 et 1996)
11. Appartements de type non prioritaire (construits avant 1980)
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50
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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51
Figure 32 : Définition des 11 types de base d’Evrard et al. (2012)
3.3.4.
Les caractéristiques des types de logement par aires urbanistiques
Le Guide d'Urbanisme pour la Wallonie (MRW, 2004) permet de mieux cibler les types de
logements que l’on peut retrouver dans les différents types d’aires urbanistiques ou de
quartiers. Cette typologie n’est toutefois pas spatialisée et il est impossible de
cartographier la répartition des aires urbaines, selon leur type, sur le territoire wallon.
1. Centre-ville continu dense ou l’aire du centre de la ville en bâti continu, très forte
densité :



Forte densité (+/- 40 logements par hectare) avec des logements diversifiés :
logements collectifs, unifamiliaux, sociaux et de standing.
Constructions implantées de façon contigüe, le plus souvent à la limite du
domaine public, à l’alignement. Eventuellement, construction secondaire/annexes
sur la façade arrière.
Volumétrie : les constructions principales ont une profondeur maximale de 12
mètres et les constructions secondaires et annexes ont une profondeur maximale
de 6 mètres. Une hauteur moyenne de référence est respectée. Toiture à deux
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52

versants
Parcellaires : au minimum 5,5 mètres de large
2. L’aire des premières extensions de la ville en bâti semi-continu, densité moyenne :






Transition entre les aires de bâti continu du centre et les aires résidentielles des
périphéries. La densité se situe également entre les deux avec une ordonnance
semi-continue. La structure est de type urbain (réseau de rues formants des ilots
parcellaires étroits, en mitoyenneté, gabarit > 5m sous gouttières (2niveaux), etc.)
Ce sont d’ancien hameaux, villages ou cités ouvrières.
Bâti hétérogène. Principalement du logement, proche d’équipement du centre
aggloméré
Option urbanistique : +/- 20 logements par hectare, favoriser la construction de
petits immeubles à appartements et de maisons unifamiliales avec jardin.
Implantation : constructions principales mitoyennes ou trois façades dans le
prolongement des fronts de bâtisse existants (6 mètres max par rapport à
l’alignement), construction secondaire sur la façade latérale ou arrière.
Nouveaux parcellaires d’habitation unifamiliales : largeur à rue de min 6,5 mètres
et max 13 mètres.
Volumétrie : les constructions principales ont une profondeur maximale de 12
mètres et les constructions secondaires et annexes ont une profondeur maximale
de 6 mètres (max 18 mètres en tout). Une hauteur de minimum 2 niveaux sous
gouttières, maximum 3. Toiture à deux versants (principalement), toiture des
constructions secondaires sur la façade latérale : à versant ou arrière : à versant ou
plate. Corniches saillantes.
3. L’aire des dernières extensions de la ville en bâti discontinu, faible densité :







Zones résidentielles des périphéries d’agglomération situées à grandes distances
des centres (caractéristique de la seconde moitié du XXème). Densité faible, mixité
des activités peu encouragée. Modèle dominant de construction : « villa isolée »
Densité : +/- 10 logements par hectare.
Implantation : urbanisation discontinue, construction implantée au milieu de
parcelles de largeurs identiques avec recul important par rapport à la voirie.
Implantation « future » : diversification de la taille des parcelles et de l’implantation
des constructions (plus en bordure), bâtiment isolé ou semi-mitoyen.
Construction : isolées ou à trois façades, recul de 6 mètres maximum par rapport à
l’alignement parfois 10 mètres si voirie à grande circulation. Construction
secondaire sur la façade latérale (plus rarement sur la façade avant)ou arrière.
Volumétrie : profondeur maximale de 12 mètres, et 6 mètres pour les constructions
secondaires ou annexes ; maximum 2 niveaux sous gouttières ; toiture à deux
versants (autres types envisageable pour continuer un mode d’urbanisation
existant).
Zone de recul : de plain-pied, et zone de cours et jardins (à l’arrière) : leur but est
d’être préservées donc pas de constructions secondaires ou annexes, espace vert
au profit des riverains.
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53


Parcellaire : diversification de nouveaux lots destinés à la construction
d’habitations unifamiliales par l’alternance des lots de faibles et grandes largeurs à
rue (10 mètres et 30 mètres) ; la création de lots de fond n’est pas encouragée
(troubles du voisinage).
Voirie : peu de rue en impasse, réseau maillé
4. L’aire de parc résidentiel en bâti discontinu, très faible densité :






Très faible densité de logement et forte proportion d’espaces verts. Se trouve dans
la périphérie de la plupart des grandes agglomérations (lieu d’innovation
architecturale).
Densité : max 3 logements par hectare
Implantation : l’ensemble de la construction est isolé et implanté de façon à
assurer le maintien de la végétation existante, il respecte le relief naturel du terrain
et les voiries suivent également ce relief.
Volumétrie : maximum 2 niveaux sous gouttières ; toiture : pas lieu de chercher une
unité
Parcellaire : en cas de lotissement nouveau, superficie minimale de 30 ares
Voirie réseau maillé, peu de rues en impasse
5. L’aire des ensembles bâtis homogènes

Composée de logements bâtis de façon répétitive formant ainsi un rue, un ilot ou
un quartier résultant d’opération menées pas des industriels soucieux d’abriter leur
main d’œuvre (logement ouvrier, etc.) soit par des pouvoirs publics pour la
création de logements sociaux, soit par des promoteurs immobiliers ou des
entrepreneurs (logement moyens ou bourgeois)
6. L’aire des villages








Territoire urbanisé du village : noyau originel et extensions.
Noyau originel : Souvent très homogène (bâtiments agricoles, ouvriers)
Extensions (parfois dans le noyau) : habitat pavillonnaire, de grands bâtiments à
fonction agricole mais de type industriel ont été construits.
Bâtiments agricoles abandonnés transformés en résidences principales ou
secondaires
Mal desservi par les transports en commun.
Option urbanistique : maintenir et renforcer la mixité des activités (agriculture et
petites entreprises locales) afin de diminuer l’effet dortoir, garder une juste
proportion entre résident et permanent et à titre secondaire. Renforcement de
leurs caractéristiques urbanistiques et architecturales (respect des caractéristiques
les plus importantes des constructions traditionnelles
Densité : +-/ 10 logements par hectare (limitation de la densité sauf dans les cœurs
de village car proximité des services). Eviter les zones d’habitat inscrites sous la
forme de ruban (la densité doit rester faible).
Pour les nouvelles constructions : respect des caractéristiques les plus importantes
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
54











des constructions traditionnelles (articulation des volumes entre eux et avec
l’espace public, leur proportions, leur gabarit, leur type de toiture). Tendre vers une
plus grande cohérence et une unité maximale du village dans son ensemble. Si un
autre mode d’urbanisation est devenue prédominant, et qu’il n’y a plus assez de
terrains disponible pour réduire cette tendance de façon significative, les dernières
constructions peuvent être édifiées en respectant ce mode d’urbanisation
prédominent. Il convient d’insérer les bâtiments agricoles de grandes dimensions
dans le territoire urbanisé du village.
Implantation : maintenir une cohérence urbanistique dans l’ensemble du village,
l’implantation de nouveaux bâtiments se fait de façon à former des espaces-rues
dont les caractéristiques correspondent au mieux à celles du noyau du village tel
qu’il est composé par les bâtiments d’architecture traditionnelle.
Pour les constructions : le plus souvent, l’implantation de l’ensemble formé par la
construction principale et ses éventuelles constructions secondaires ou annexes est
en bordure de l’espace public. L’agencement des bâtiments peut former des
cours ouvertes ou fermées sur l’espace public (la rue). Les constructions annexes
sont établie le plus près possible de la construction principale ou en fond de
parcelle.
Les constructions sont édifiées de manière attenante aux murs mitoyens d’attente.
Profondeur : maximum 12 mètres, limitation de la profondeur pour ne pas
encombrer la zone de cours et jardins et éviter les volumes de toitures trop
importants. Pour les constructions secondaires ou annexes, la profondeur est de
maximum 6 mètres (constructions industrielles non incluses). En tout pas plus de 18
mètres.
Hauteur : le plus souvent la hauteur moyenne est de deux niveaux sous gouttières.
Généralement ces bâtiments d’architecture traditionnelle ont le plus souvent une
hauteur sensiblement constante (mais variation locale ex : église ou école et
constructions secondaires ou annexes qui sont, elles, nettement inférieures).
Toitures à versants avec faitage central (facteur d’unité important du paysage bâti
que forme le village dans le paysage) idem pour les nouvelles constructions. Les
constructions secondaires ou annexes ont également des toitures à versants. Les
différences d’inclinaison sont nulles ou minimales.
Les extensions se font en façade latérale ou éventuellement en façade à rue
(pour préserver la zone de cours et jardins.
Zone de recul : respect de la pente naturel, aménagement de plain-pied avec la
voirie.
Zones de cours et jardins : leur but est d’être préservé donc pas de constructions
secondaires ou annexes, espace vert au profit des riverains.
Parcellaire : diversification de nouveaux lots destinés à la construction
d’habitations unifamiliales par l’alternance des lots de faibles et grandes largeurs à
rue (10 mètres et 30 mètres) ; la création de lots de fond n’est pas encouragée
(troubles du voisinage).
Voirie peu de rue en impasse, réseau maillé.
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
55
7. L’aire rurale

85% du territoire de la RW non inscris en zone d’urbanisation au plan de secteur
(zones agricoles, forestières, d’espaces verts, de parc, etc.). L’inscription de
territoires en zone non urbanisable poursuit 3 objectifs : préservation des lieux
d’exploitation, protection des paysages et sauvegarde de l’écosystème. Eviter de
miter le paysage avec des constructions qui pourraient se situer plus
adéquatement en zone urbanisable.
3.3.5.
Conclusions
Cette section 3.3. a donné un aperçu des typologies de logements et d’aires urbaines qui
existent en Wallonie et a permis d’approfondir un certain nombre de caractéristiques des
principaux types de logements. Ces développements dressent un cadre général dans
lequel notre typologie de logements sera proposée (voir Chapitre 5).
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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56
4. Phase II : Retour sur l’outil SAFE
4.1. Rappel des objectif de l’outil SAFE
4.1.1.
Contexte dans lequel l’outil interactif SAFE a été développé
Les activités humaines engendrent des consommations d'énergie et des émissions de gaz à
effet de serre très importantes, en particulier dans les domaines du bâtiment (pour le
chauffage, l'éclairage, etc.) et du transport (déplacements pour le travail, l’école, les loisirs,
etc.) qui représentent respectivement 40% et 32% de l'énergie finale consommée
annuellement en Europe. Les impacts environnementaux, économiques et sociaux qui y sont
liés et les dommages irréversibles qui en découlent sont maintenant largement documentés
et la réduction des consommations énergétiques dans ces deux secteurs est devenue un
domaine d'attention majeur.
L'efficacité énergétique dans les secteurs du bâtiment et du transport a ainsi fait l'objet,
depuis la première crise pétrolière des années 70, d'un nombre très important de recherches
scientifiques. Ces recherches présentent l'utilisation de modèles mathématiques et d'outils de
simulation comme l'approche la plus crédible pour modéliser le comportement d'un système
et prévoir ses consommations énergétiques, dans une vision globale de durabilité. Parmi les
nombreux avantages qu'on leur attribue, les modèles mathématiques et outils de simulations
permettent de prendre en compte un grand nombre de paramètres et de tester l'efficacité
de différentes stratégies d'interventions. Ces outils sont toutefois complexes et très spécialisés
et les résultats de leurs applications restent le plus souvent concentrés dans les champs
académiques et scientifiques, alors même que les autorités publiques et les citoyens sont les
premiers acteurs qui agissent concrètement sur le terrain et ont, dès lors, un impact potentiel
très important tant sur les consommations d'énergie dans le bâtiment qu’en ce qui concerne
la mobilité quotidienne.
Ainsi, les actions politiques les plus fortes ne concernent toujours presqu’exclusivement que les
performances énergétiques des bâtiments neufs (on pensera notamment à la transposition
dans le cadre législatif wallon de la Directive sur le Performance Energétique des Bâtiments
qui vise à assurer que les consommations d'énergie primaire des bâtiments neufs, construits
après 2008, restent inférieures à un seuil fixé), négligeant trois éléments cruciaux mis en
évidence dans la littérature scientifique comme indissociables d’une transition durable de
nos territoires :

Le potentiel de réduction des consommations qui réside dans la rénovation
énergétique des bâtiments et des quartiers existants est très important et prioritaire
car les bâtiments résidentiels wallons présentent, d'une façon générale, des
performances énergétiques médiocres (bâti ancien et peu ou pas isolé). De plus, le
taux de construction neuve est faible.

La localisation des activités (logements, commerces, lieux d'emplois, etc.) sur le
territoire a un impact majeur sur la mobilité quotidienne des ménages (distances
parcourues, modes de transport, etc.) et sur les consommations qui y sont liées. Cet
aspect est particulièrement important sur le territoire wallon, fortement marqué par
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
57

de fortes dynamiques de périurbanisation qui, en éloignant et séparant les activités
sur le territoire, ont produit de nombreux quartiers résidentiels peu denses, éloignés
des centres-villes et très dépendants de la voiture.
Le comportement des occupants a un impact important sur les consommations
énergétiques tant dans le secteur du bâtiment (choix du thermostat, etc.) que de la
mobilité (choix d'un mode de transport, etc.).
La vulgarisation scientifique dans ces domaines est donc cruciale pour assurer un
développement plus durable de notre territoire, réduire nos impacts environnementaux et
prévenir la vulnérabilité future liée aux questions énergétiques. Informer et sensibiliser le grand
public et les autorités publiques sur ces défis, leur proposer des outils d'évaluation simples et
des pistes concrètes d'amélioration est primordial et pourraient rapidement mener à une
réduction significative des consommations d'énergie.
L’outil interactif SAFE est l’aboutissement du projet de recherches SAFE (Suburban Areas
Favoring Energy efficiency), financé par la Région wallonne de Belgique (DGO4) dans le
cadre du programme mobilisateur Energywall 2009-2012. Il a été développé lors d’une
collaboration étroite entre deux équipes de recherches spécialisées en architecture et en
urbanisme durables : le LEMA (Local Environment: Management & Analysis) de l’Université de
Liège, qui coordonnait le projet de recherches, et Architecture et climat de l’Université
catholique de Louvain. Un comité d’accompagnement, composé de fonctionnaires
régionaux wallons en charge de l’énergie, du bâtiment durable et de la mobilité ainsi que
deux parrains industriels, ont suivi de près ces développements de façon à les rendre
réellement opérationnels.
4.1.2.
Description rapide de l’outil SAFE
L’outil interactif, www.safe-energie.be disponible gratuitement est destiné (1) à l’évaluation
des consommations énergétiques relatives aux bâtiments résidentiels et aux déplacements
des personnes et (2) à la proposition de différentes pistes de solutions personnalisées et
chiffrées visant à améliorer l’efficacité énergétique globale (bâtiment + transport) des
logements et des quartiers wallons. Il vise à combler le manque crucial d'informations et
d'outils rapides destinés aux autorités publiques et aux citoyens en matière d’'efficacité
énergétique des bâtiments et des déplacements.
L’outil interactif safe-energie.be vise ainsi à rendre accessible à un large public (autorités
régionales et locales en charge de l’urbanisme, étudiants, grand public), les résultats d’une
recherche scientifique de pointe qui a mobilisé et combiné un très grand nombre de logiciels
et d’outils de calculs (simulations thermiques dynamiques, analyses en cycle de vie de
bâtiments, logiciels CFD, analyse du gisement solaire, systèmes d’informations
géographiques, analyses statistiques multi-variées, etc.) et de données (« Recensement de la
population et des logements au 1er mars 1991 » et « enquête socio-économique générale
de 2001 » de l’Institut national des statistiques, « enquête qualité logement » de la Région
wallonne, etc.). La communication des résultats d’une recherche scientifique innovante et sa
vulgarisation vers l’ensemble des acteurs du territoire, y compris le citoyen, est primordiale et
doit faire partie intégrante de toute démarche de développement durable.
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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58
Très concrètement, cet outil permet à différentes catégories d’utilisateurs d’évaluer les
consommations énergétiques de leur logement et de leurs déplacements, à les comparer et
à identifier, sur cette base, les actions les plus efficaces à mener pour en améliorer l’efficacité
énergétique. L’outil safe-energie.be est composé de trois outils interactifs : (1) un outil
d’évaluation rapide qui permet d’obtenir très rapidement, sur base d’une quantité très
réduite d’informations, une première quantification des consommations énergétiques, (2) un
outil d’évaluation détaillée qui permet à l’utilisateur de personnaliser finement l’analyse en
fonction de ses propres données et caractéristiques et (3) un volet, plutôt destiné aux
promoteurs, autorités locales en charge d’urbanisme et architectes, qui permet de mener
l’évaluation énergétique de tout un quartier, selon sa composition et sa localisation. Chaque
outil d’évaluation est articulé autour d’un même schéma en quatre étapes présentées sur la
figure suivante.
Figure 33 : Structuration de l’outil interactif SAFE en 4 étapes principales
L’utilisateur est d’abord invité à entrer un certain nombre de données concernant la mobilité.
Une première évaluation de l’efficacité énergétique des déplacements est proposée sur
cette base. Dans une deuxième étape, l’utilisateur est invité à compléter un formulaire relatif
au logement/quartier (âge de construction, superficie, éventuels travaux de rénovation déjà
entrepris, etc.). L’outil lui fournit alors une évaluation énergétique du logement/quartier. Dans
une troisième étape, un graphe permet de comparer les consommations énergétiques des
déplacements et celles du bâtiment, en une unité commune (kWh/an). Différentes pistes
d’amélioration personnalisées sont finalement proposées à l’utilisateur pour réduire ces
consommations et l’orienter vers les stratégies d’intervention les plus pertinentes. Ces
améliorations concernent l’isolation, partielle ou totale, du bâtiment, le remplacement des
vitrages, le changement du système de chauffage, un report modal vers les transports en
commun ou la marche à pied pour une partie des déplacements quotidiens, une
amélioration des performances des véhicules, etc. Les gains énergétiques potentiels relatifs à
chacune de ces stratégies sont quantifiés. Enfin, dix-neuf fiches pratiques qui traitent de
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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59
l’étalement urbain et de l’aménagement du territoire, de l’efficacité énergétique des
bâtiments et des quartiers ainsi que de la mobilité durable accompagnent ces outils
d’évaluation. L’interface graphique et la convivialité de l’outil ont particulièrement été
étudiées pour en faciliter l’utilisation.
D’utilisation très simple pour en faciliter l’appropriation par le plus grand nombre, l’outil
interactif safe-energie.be est basé sur de nombreux développements méthodologiques,
variations paramétriques, applications, validations, etc. qui ont été largement communiqués
et reconnus par nos pairs. Parmi les éléments les plus remarquables, citons l’élaboration
d’une méthode d’évaluation énergétique particulièrement innovante qui permet de
prendre en compte et comparer à la fois les consommations d’énergie relatives au
chauffage des bâtiments et celles relatives aux déplacements quotidiens des habitants, à
l’échelle du quartier ainsi que la définition et la cartographie d’un indice de performance
des déplacements qui permet de comparer les consommations pour les déplacements
domicile-travail et les déplacements scolaires de l’ensemble des 9.800 quartiers wallons.
Les résultats de ces simulations sont conditionnés dans deux bases de données. Un
algorithme complexe a été développé pour lier ces bases de données à l’interface simplifiée
de l’outil interactif et ainsi permettre aux utilisateurs finaux de disposer simplement et de
manière très lisible des résultats de près de 180.000 simulations thermiques de bâtiments et
des performances énergétiques relatives aux déplacements des personnes pour plus de
800.000 scénarios (issus de la combinaison de différents choix relatifs aux distances
parcourues, aux modes de transport utilisés, à la fréquence de déplacement, aux
performances des véhicules, etc.).
4.2. Valorisation et vulgarisation de l’outil SAFE
4.2.1.
Communications scientifiques et « grand public »
L’outil interactif est disponible en ligne depuis la fin du projet SAFE (juin 2012). Sa
communication a été particulièrement soignée, dans le cadre du projet SAFE et après.
L’outil
interactif
SAFE
et,
plus
largement,
les
développements
méthodologiques
indispensables à son élaboration et à son fonctionnement ont notamment fait l’objet de la
publication d’1 thèse de doctorat, de 8 articles scientifiques dans des revues internationales
avec comité de lecture et près de 20 présentations lors de conférences internationales avec
comité de lecture et publications dans les actes (dans le cadre du projet SAFE, puis dans le
cadre du projet SOLEN). Un article spécifiquement dédié à l’outil SAFE a été présenté lors de
la conférence PLEA 2012 (Passive and Low Energy Architecture). Un autre article, également
dédié à l’outil, à proposer pour publication à une revue scientifique internationale avec
comité de lecture, est actuellement en cours de rédaction.
Plus largement, l’outil interactif safe-energie.be a fait, et continue de faire, l’objet d’une large
communication auprès des acteurs « non scientifiques ». Il a été présenté lors de deux
séminaires d’une demi-journée, qui ont réunis près de 60 fonctionnaires régionaux et
communaux, promoteurs et architectes et lors d’une formation à destination des guichets de
l’énergie. L’outil est également mobilisé dans le cadre du cours de « Réseaux Urbains » du
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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60
Prof. Sigrid Reiter (à destination des étudiants ingénieurs architectes et urbanistes de
l’Université de Liège), dans le cadre du Master de 3ème cycle européen en Architecture et
Développement Durable (MADD) organisé par l’Université catholique de Louvain et lors des
« Journées Enseignement Secondaire » organisées à l’Université de Liège pour valoriser ses
filières d’enseignement auprès des étudiants de l’enseignement secondaire et les informer sur
les études (ingénieur civil architecte dans le cadre qui nous occupe). Enfin, l’outil interactif
safe-energie.be est utilisé régulièrement lors des animations proposées par l’équipe de
recherche LEMA de l’Université de Liège dans le cadre de la « Nuit des Chercheurs » et du
« Printemps des Sciences ». L’outil SAFE a enfin fait l’objet de plusieurs articles dans des revues
destinées aux professionnels de la construction (Les Cahiers Nouveaux, ArchiTrave).
4.2.2.
Les retours obtenus
Les retours obtenus, qu’ils proviennent des acteurs de terrains, des (futurs) étudiants ou du
grand public sont très positifs. L’outil proposé comble un manque réel en fournissant une
évaluation simple et rapide des consommations d’énergie des bâtiments et des
déplacements quotidiens. Les aspects positifs les plus couramment relevés concernent la
possibilité d’identifier, pour chaque cas spécifique, les travaux d’isolation les plus performants
à mettre en place et à les hiérarchiser en fonction de leur efficacité relative. La possibilité de
tester l’impact de différentes localisations résidentielles sur les consommations relatives aux
déplacements (dans le cadre notamment d’un déménagement envisagé) est également
appréciée. Parmi les améliorations suggérées par les utilisateurs, l’intégration de l’aspect
financier est le plus souvent mentionnée. Cet élément sera pris en compte lors de la mise à
jour de l’outil dans le cadre du projet SOLEN. L’impact réel (changements de
comportements des utilisateurs, prise de décision dans le cadre de la rénovation
énergétiques, etc.) est difficile à évaluer.
L’outil SAFE participe également à renforcer l’intérêt pour les sciences. L’utilisation de l’outil
interactif safe-energie.be lors de manifestations adressées aux étudiants (cours, séminaires,
journées « Enseignement Secondaire ») et au grand public (« Nuit des Chercheurs »,
« Printemps des Sciences ») a permis de toucher et d’intéresser un large public peu familiarisé
aux matières scientifiques. La facilité d’utilisation de l’outil interactif, son interface attractive et
les cas d’études concrets et réalistes proposés par l’équipe de recherches qui anime ces
manifestations ont permis de susciter un réel attrait des utilisateurs pour les questions
d’efficacité énergétique, de conception architecturale et de mobilité durable. L’outil
interactif est un point d’entrée particulièrement attractif et pertinent pour intéresser un large
public (tout le monde se loge, se déplace, paie ses factures de combustible) et le mener,
par la suite, à des réflexions plus poussées sur l’impact de ses choix résidentiels, sur la question
de la « ville » au sens large, sur l’intérêt de la recherche scientifique en la matière, sur le
développement de modèles et de méthodes d’analyse pointues, etc.
Un attrait important des étudiants et futurs étudiants (rhétos) a en particulier pu être relevé,
lors des séances d’informations et des ateliers où l’outil a été utilisé. Aborder des matières
scientifiques pointues et souvent perçues comme assez rébarbatives (physique du bâtiment,
systèmes énergétiques, simulations thermiques dynamiques, analyses de régression
statistique, cycle de vie, bases de données, etc.) d’une façon très pragmatique, concrète et
orientée résultats, tout en insistant d’abord sur l’intérêt public et sur l’implication concrète des
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61
résultats obtenus pour les citoyens et pour la société civile, permet aux (futurs) étudiants de
voir l’intérêt des matières scientifiques autrement et de leur ouvrir des perspectives
méconnues en matière de sciences et de recherches ainsi qu’un réel attrait pour les études
présentées (ingénieur civil architecte, urbaniste).
En conclusion, les principaux intérêts de l’outil sont :



Intérêt global pour l’approche développée, en particulier la comparaison
bâtiment – transport qui est originale et indispensable.
La simplicité d’usage et la qualité de l’interface.
La vulgarisation scientifique que permet l’outil en rendant facilement accessibles
et compréhensibles les nombreux résultats d’une recherche scientifique.
Les principales améliorations proposées sont :









La prise en compte de plus de modes de transport et des chaines de
déplacements.
La prise en compte d’autres postes énergétiques relatifs au bâtiment (éclairage,
eau chaude, etc.).
L’actualisation de certaines données.
La prise en compte des énergies renouvelables.
La prise en compte de nouveaux scénarios relatifs aux comportements des
occupants.
L’ajout de nouveaux développements, notamment plus prospectifs et
stratégiques, dans l’outil d’évaluation « quartier ».
La mise en place d’une enquête de satisfaction sur le site.
L’ajout de données d’ordre économique, en parallèle avec les résultats purement
énergétiques.
L’extension des résultats aux bâtiments tertiaires et autres.
Les sept premières propositions d’amélioration pourront être intégrées dans le cadre du
projet de recherches SOLEN. Les deux dernières sont plus spécifiques et devraient, pour
pouvoir être considérées, faire l’objet d’une recherche complémentaire ou d’un avenant
au projet SOLEN.
4.3. Données de fréquentation
L’outil interactif www.safe-energie.be a été mis en ligne dans sa version définitive fin mai
2012. Les statistiques de fréquentation synthétisées sur la figure suivante sont issues de Google
Analytics et concerne la période entre le 1er juin 2012 et le 31 mars 2013 (statistiques étableis
dans le cadre de la candidature à un prix Wernaers 2013 du fnrs). Ces statistiques seront mises
à jour sur une base semestrielle ou annuelle durant la suite de la recherche.
3.153 visiteurs ont été enregistrés sur le site entre le 1er juin 2012 et le 27 mars 2013. Après la
période de lancement, et hors période de congés scolaires, on enregistre, en moyenne,
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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62
entre 300 et 400 visites par mois.
Figure 34 : Statistiques de fréquentation de l’outil interactif www.safe-energie.be, du 1er juin 2012
au 31 mars 2013.
4.4. Compléments apportés à l’outil dans le cadre du projet SOLEN
Le projet de recherches SOLEN s’inscrit dans la continuité du projet SAFE. Il vise à élargir
l’approche développée dans SAFE (pour les quartiers périurbains) à tout le territoire wallon
en abordant également les quartiers de type « urbain » et « rural ». Les méthodes et outils
développés dans SAFE ont démontré leur intérêt et leur validité dans le cadre de l’étude
des territoires périurbains. Dans le cadre du projet SOLEN, ces outils et méthodes seront
adaptés et complétés de façon à être applicable à l’ensemble du territoire (et pas
uniquement aux quartiers périurbains). Cette approche permettra de proposer des
solutions adaptées et différenciées aux différents types de quartiers présents sur le territoire
wallon et à développer une série d’outils d’évaluation applicables largement. De plus, un
important volet « énergies renouvelables » est proposé dans le projet SOLEN, ce qui n’était
pas le cas dans le projet SAFE, de façon à compléter notre approche globale de
l’efficacité énergétique des quartiers (nous étudierons les moyens de diminuer la
demande en énergie des quartiers mais aussi les moyens de combler la demande
excédentaire en limitant la dépendance aux énergies fossiles). Enfin, une approche de
type prospective sera proposée de façon à prendre en compte le potentiel
d’accessibilité d’un lieu lors de la rénovation ou de la construction d’un nouveau
bâtiment ou d’un nouveau quartier.
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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63
5. Phase II : Volet « bâtiment »
5.1.
Pré-approche de la modélisation et du processus des
simulations
En guise de préambule et d’introduction de la définition de la méthodologie de
modélisation et de simulation des typologies testées en vue de créer la base de données
« bâtiment » disponible au niveau du site internet, nous exposons ici une première
approche qui n’a finalement pas été retenue.
Cette première proposition part de la méthodologie utilisée dans le projet SAFE. Mais en
l’adaptant aux nouvelles hypothèses posées. Il s’agit ainsi de compléter et d’améliorer ce
qui y a déjà été développé en intégrant les nouveaux types de quartiers et les nouvelles
typologies de bâtiments à tester.
5.1.1.Première évaluation du nombre de simulations
Sur base des scénarios de quartiers et de logements à analyser, et en introduisant les
différents paramètres qui composent les habitations, le nombre de simulations à faire peut
être déduit.
Il devient intéressant de se pencher sur ce nombre de simulation à réaliser en fonction des
paramètres (ou caractéristiques) exploités du logement et du nombre de sous paramètres
(ou sous caractéristiques) à traiter. Car l’utilisateur à la possibilité de faire un certain
nombre de choix en réalisant l’évaluation de son bâtiment. Cependant pour des raisons
techniques, il faut limiter le nombre de résultats et donc de simulations à réaliser. Dans le
but d’illustrer cela, le tableau ci-dessous présente les différents paramètres à traiter et
propose un certain nombre de sous paramètres à traiter pour chaque caractéristique. En
fonction des nombres de sous paramètres qui sont exploités, le tableau propose 3
scénarios (A, B et C) qui montrent le nombre total de simulations à effectuer en fonction
du nombre de sous paramètres traités. Le nombre de résultats varie vite énormément,
entre 8 389 200, en envisageant beaucoup de paramètres, à 942 000 en se limitant
davantage. Face à ce constat, il devient intéressant d’envisager différentes possibilités de
méthodologie.
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Tableau 7 : Trois scénarios d’évaluation du nombre de cas à simuler pour constituer la base de
données « bâtiment » finale : Scénario A, B et C
Nombre de sous
Paramètres exploités
A
B
C
16 ou 21
16
21
16
1
1
1
1
TAILLE
4 > 17 post résultat
17
17
15
PAROI
16
16
16
16
VITRAGE (SV, DVA, DVP, TV)
4
4
4
4
VENTILATION (Système A = C & D)
3
3
3
3
2 ou plus (ex: 4)
2
4
2
> 25 post résultats
25
25
25
OUVERTURE
1 ou plus
1
1
1
GI (< norme, norme PEB et > norme)
3 ou plus
3
3
1
3 189 200
8 389 500
942 000
paramètres à
développer
QUARTIER et TYPE
ORIENTATION (NS et EO)
THERMOSTAT (20°C, 20-16°C)
SYSTÈME DE CHAUFFE
Nombre de cas pour la BDD
Les nombres de cas pour la base de données « bâtiment » sont importants et pourraient
l’être davantage si plus de paramètres étudiés étaient développés (ex: ouverture, inertie,
etc.). Nous arrivons donc au constat que les techniques de modélisation et de simulation
peuvent être rendues plus adaptées aux besoins d’exécutions :




aux vues des définitions données du BE et du ZE (voir plus haut dans le texte) qui se
basent sur la PEB ;
vu les nombres de paramètres pouvant être impliqués ;
vu le stockage des résultats dans le site sous forme d’une base de données
complète et finale (car ils ne sont plus traités par une programmation quelconque
par après cf. Opti d’E. Gratia (Gratia et al., 2002)) et
dans le but d’étendre l’outil à un ensemble des consommations liées au fait
d’habiter.
5.1.2.Proposition d’une méthodologie de modélisation
Partant de ce constat et fort de l’expérience d’E. Gratia et d’A. Evrard (Gratia et al, 2002
et Evrard et al., 2012), il parait intéressant d’exploiter la méthode de calcul de la PEB.
Notons que cette méthodologie a été appliquée au cours du projet Epeeh (Evrard et al.
2012). Celle-ci se base sur des simulations STATIQUES calculant selon la méthode de calcul
PEB, via un tableau Excel d’où des routines sont exécutées pour réaliser l’ensemble des
variations paramétrées désirées. Cet outil statique serait supporté et complété par des
valeurs issues de simulations DYNAMIQUES (via TAS ou Energie plus). Cette méthode offrirait
plusieurs avantages :

Méthode de calcul respectant la méthode de calcul de la PEB : méthode de
calcul actuelle pour les logements, elle permet la connaissance du Espec, et a
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65






fait ses preuves lors du projet Epeeh ;
Permet de répondre à la définition du BE et ZE car besoin du calcul du E et
possibilité d’avoir des résultats plus complets ;
Donne accès directement à des résultats de calcul selon la méthode PEB de
l’ECS, des auxiliaires, etc. sans manipulations, à contrario de la gestion des
résultats TAS ou Energie plus qui sont moins complets ;
Grande souplesse dans le nombre de variations effectuées car cette méthode
permet de réaliser beaucoup plus de résultats en moins de temps que sur TAS ;
Comme cette méthode est plus rapide, elle permet donc plus de possibilités dans
les choix des paramètres à faire varier ;
Résultats suivant la méthode de calcul PEB qui donne des résultats tout à fait
fiables et suffisamment précis vu la finalité de l’outil et l’évaluation en quelques
clics d’un logement par un utilisateur ;
Le simulateur dynamique intervient comme support; il permettrait de calculer des
coefficients moyens représentatifs de paramètres à modéliser pour les étudier soit
parce que variant au cours d’un jour, par exemple, soit, parce que non pris en
compte dans la PEB, et les introduire dans la méthode de calcul de la PEB du
fichier Excel (ex : coefficients caractérisant l’impact des densités des quartiers
types à étudier; etc.).
Illustrons plus concrètement l’application de ce dernier point par deux exemples de
supports du simulateur statique par simulations dynamiques :
Exemple 1 : La PEB ne prend pas en compte l’impact de la densité du quartier dans lequel
se trouve le bâtiment à analyser. Les simulations dynamiques permettraient, alors, de
caractériser au moyen de différents coefficients l’impact des densités types à étudier
correspondant aux différents quartiers types. Cela reviendrait à développer pour chaque
type de densité à analyser, 12 coefficients mensuels soit un représentatif par mois et par
quartier. Ces coefficients pourront alors être intégrés dans le calculateur statique pour
affiner un résultat au mois.
Exemple 2 : La méthode de calcul PEB, étant statique, elle prend en compte une
consigne de température constante et donc ne tient pas compte de consignes de
température variant au cours du jour et de la nuit. Dès lors, le support de simulation
dynamique permettrait de créer des coefficients caractérisant différents types de
consignes thermostatiques variant au cours de la journée. De là, une température
moyenne équivalente à la consigne variante pourrait être évaluée via ces simulations
dynamiques et serait reportée et intégrée dans le calculateur statique.
L’utilisation de la méthodologie statique en suivant la méthode de la PEB, au lieu d’une
utilisation exclusive de simulateurs dynamiques, demanderait évidemment une phase de
validation des résultats statiques et ce, au moyen de simulations dynamiques afin de
démontrer le réel intérêt d’appliquer cette méthode PEB et d’assurer aucune perte
d’information et de précision.
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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66
5.2.
Définition des paramètres de modélisation
Comme nous l’avons dit, la première approche n’a finalement pas été retenue. Et ce
pour plusieurs raisons. Principalement à cause de l’emploi d’une méthodologie statique
qui implique l’absence de simulations dynamiques complètes et entraine un nécessaire
temps de validation supplémentaire. Mais aussi dû au fait de l’étude de cas de logements
réels qui ne permet pas de balayer facilement l’ensemble des typologies d’habitations
wallonnes.
Ainsi, cette deuxième, et finale, proposition se veut plus systématique et générique tout en
gardant un processus de simulation dynamique.
Nous allons donc maintenant, et dans les points suivants, exposer la méthodologie utilisée
pour arriver à la création et l’utilisation au niveau de l’outil informatique de la base de
données « bâtiment ».
Afin d’envisager l’outil internet et de voir vers qu’elle direction il faudrait le faire évoluer,
rappelons les objectifs de SOLEN en ce qui concerne les bâtiments.
1. Evaluation énergétique des quartiers-types : Modélisation de la consommation
énergétique des bâtiments en phase d’utilisation, à l’aide d’un logiciel de
simulation thermique dynamique.
2. Variations paramétrées et scénarios de renouvellement des quartiers.
3. Optimisation des scénarios et faisabilité des objectifs « basse énergie » et « zéro
énergie ».
4. Développement de l’outil et valorisation.
La méthodologie du projet SOLEN doit donc être pensée de manière à fournir une base
de données « bâtiment » permettant de caractériser au mieux l’ensemble des typologies
de logements wallons au point de vue de leur consommation en énergie. La variation des
paramètres doit ainsi être déterminée par les futurs choix qui seront disponibles au niveau
de l’outil interactif comme pour le projet SAFE.
En outre, en plus de la précision de l’évaluation des consommations, l’impact des
paramètres sur celle-ci doit être mis en avant de manière à montrer, à l’utilisateur, les
caractéristiques de son logement qui influent, au plus, sur son besoin en énergie et, ainsi,
de mettre sur pied des stratégies de rénovation efficace en vue de les diminuer et de
tendre vers les objectifs « basse énergie » et « zéro énergie ».
Nous ne considérons ici que le besoin d’énergie nécessaire au chauffage du logement.
On ne prend donc pas en compte les coûts énergétiques dus à l’électricité et l’eau
chaude sanitaire. Ceux-ci seront évalués par après dans la suite de la recherche de
manière à fournir une carte d’identité énergétique la plus complète du logement.
Nous allons premièrement définir les typologies de logements qui seront testées et
disponibles au niveau de l’outil. Ensuite nous nous attarderons sur la composante
constructive du logement soit la définition de son enveloppe c’est à dire les matériaux et
les compositions utilisés dans les différentes parois à modéliser. Après nous présenterons
chaque paramètre, ses variations possibles et les combinaisons modélisées de ces
dernières. Nous conclurons en dénombrant le nombre total de cas disponibles au niveau
du site suivant cette méthode.
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
67
5.2.1.Les typologies de logements testées
Dans le but de construire la base de données « bâtiment », des logements types sont
modélisés afin d’en effectuer des simulations paramétrées. Nous avons pris comme
position de créer de toute pièce des logements et donc de ne pas modéliser des
habitations existantes. Cela permet de couvrir un maximum l’ensemble du bâti wallon en
augmentant les typologies étudiées et d’en faciliter les variations paramétrées. En effet
modéliser des logements fictifs permet de s’approcher de la plupart des logements
wallons au contraire d’une modélisation de bâtiments réels qui collerait plus à une
catégorie qu’à une autre.
On distingue deux types de logement : d’une part la maison caractérisée par une double
toiture inclinée et d’autre part l’appartement modélisé sous la forme d’un
parallélépipède.
En outre seule l’enveloppe extérieure du logement est modélisée. Dès lors, les logements
seront simulés sans leurs subdivisions internes soit de façon dynamique mono-zone.
Nous traiterons d’abord des maisons et puis des appartements. Ensuite nous reviendrons
sur la simulation mono-zone et nous finirons en mettant en rapport les typologies
modélisées dans SOLEN et les typologies prioritaires des logements wallons améliorables
identifiés par C. Kints. (Kints, 2008).
5.2.1.1.
Typologies des maisons modélisées
On définit dans un premier temps 6 gabarits d’habitation, sans considération
d’environnement extérieur, permettant de caractériser au mieux le parc des logements
wallons. Ces 6 types ont chacun une combinaison propre du nombre d’étages et de
direction c’est-à-dire : est-ce que la longueur la plus importante se trouve à rue ou sur le
pignon de l’habitation ?
Dans chaque cas, 3 tailles de logements sont ensuite envisagées. Ces tailles sont fonction
du gabarit et calculées à partir de la largeur et de la longueur de la maison. La taille ou
surface habitable ne comptabilise pas un niveau totalement situé sous les combles.
Ensuite, on calcul pour chacun des 18 logements modèles le volume chauffé, qui
comprend également les combles, et finalement ses caractéristiques géométriques. Lors
de cette modélisation, la hauteur d’un étage et l’angle de la toiture ont été fixé
respectivement à 2,4m et 35° peu importe le gabarit.
Figure 35 : Image des 18 modèles de maisons
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68
Tableau 8 : Tableau des caractéristiques géométriques relatives aux maisons modulées
Maisons
Longueur à rue
Gabarit 1 :
R+1/2
Gabarit 2 :
R+1
Gabarit 3 :
R+1/2
Gabarit 4 :
R+1
Largeur à rue
Gabarit 5 :
R+2
Gabarit 6 :
R+3
Surface Longueur
habitable
à rue
[m²]
[m]
Longueur
du
pignon
[m]
Volume
chauffé
[m³]
Surface
de toiture
[m²]
Surface
de
façade
[m²]
Surface
de
pignon
[m²]
70
7
5
157
21.4
25.2
22.4
96
8
6
223
29.3
28.8
27.9
126
9
7
304
38.5
32.4
33.8
96
8
6
281
29.3
38.4
35.1
126
9
7
380
38.5
43.2
42.2
160
10
8
496
48.8
48
49.6
52
4
6.5
123
15.9
14.4
30.8
72
4.5
8
180
22
16.2
40
95
5
9.5
250
29
18
50
72
4.5
8
223
22
21.6
49.6
95
5
9.5
307
29
24
61.4
121
5.5
11
407
36.9
26.4
74
96
4
8
275
19.5
28.8
68.8
121.5
4.5
9
355
24.7
32.4
79
150
5
10
448
30.5
36
89.5
128
4
8
352
19.5
38.4
88
162
4.5
9
453
24.7
43.2
100.6
200
5
10
568
30.5
48
113.5
Lors des simulations, les pignons de ces modèles pourront être définis comme mitoyen ou
non. S’ils le sont, cela entraine une composition de paroi propre et un environnement
contigu identique à celui intérieur. Cependant chaque modèle n’est pas simulé
forcément en type 4, 3 et 2 façades mais en fonction du gabarit :






LE G ABARIT 1 est simulé en 2F - 3F - 4F
LE G ABARIT 2 est simulé en 2F - 3F - 4F
LE G ABARIT 3 est simulé en 2F - 3F - 4F
LE G ABARIT 4 est simulé en 2F - 3F - 4F
LE G ABARIT 5 est simulé en 2F - 3F
LE G ABARIT 6 est simulé en 2F
Au final, en tenant compte du gabarit et de la mitoyenneté, on aura donc trois fois 15
typologies de maisons testées et paramétrées.
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69
5.2.1.2.
Typologies des appartements modélisés
Dans le cas des appartements, on travaille de la même manière que les maisons. On
choisit 5 gabarits d’appartement en considérant sa position en plan c’est-à-dire suivant sa
forme et son rapport à la façade. Nous simulons ainsi des appartements traversant étroits
et larges, des appartements 3 façades et mono-façade et finalement des appartements
à 2 façades en coin. À nouveau, on modélise 3 tailles pour chaque type et on obtient
ainsi 15 modèles d’appartements sans tenir compte de leur environnement pour lesquels
on calcule le volume chauffé et ses caractéristiques géométriques en prenant une
hauteur sous plafond de 2,4 m.
Tableau 9 : Tableau des données géométriques relatives aux appartements modulés
Appartements
Gabarit 1 :
Traversant étroit
Gabarit 2 :
Traversant large
Gabarit 3 :
3 façades
Gabarit 4 :
Simplex
Mono-façade
Gabarit 5 :
Façades en coin
Surface
habitable
[m²]
Largeur
[m]
Longueur
[m]
Volume
chauffé
[m³]
Surface
de
façade
[m²]
Surface
de
mitoyen
[m²]
50
5
10
120
12
24
72
6
12
173
14
29
98
7
14
235
17
34
48
8
6
115
19
14
88
11
8
211
26
19
140
14
10
336
34
24
48
6
8
115
14
19
88
8
11
211
19
26
140
10
14
336
24
34
48
8
6
115
19
14
70
10
7
168
24
17
96
12
8
230
29
19
49
7
7
118
17
17
81
9
9
194
22
22
121
11
11
290
26
26
Figure 36 : Image des 5 gabarits d'appartement
Comme les maisons, on rajoute des conditions de bords en situant l’appartement dans
l’immeuble. Chaque modèle peut se trouver au rez-de-chaussée, en toiture ou à un étage
intermédiaire. On a donc trois fois 15 typologies d’appartements à simuler. Il est à noter
que ces typologies rassemblent uniquement des simplex. Des appartements en duplex ou
triplex ne sont pas modélisés.
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70
5.2.1.3.
Modélisation mono-zone
Il a été décidé de simuler les logements de façon mono-zone. L’habitation est donc prise
comme un seul volume sans compartimentation intérieure en plusieurs pièces.
Le désavantage est évidemment de ne pas pouvoir rendre compte des différents climats
qui peuvent survenir au sein même d’une habitation ainsi que de l’interaction entre ces
différentes zones. Les flux d’air et de chaleur existant de pièce en pièce et d’étage en
étage sont donc gommés lors de simulations mono-zone.
De ce fait, il n’est pas possible de pourvoir tenir compte des différentes consignes de
chauffe appliquées pour chaque pièce. En effet, la consigne de chauffe choisie par
l’utilisateur sera donc identique pour l’entièreté du logement alors que généralement les
ambiances varient suivant les pièces de l’habitation principalement entre les pièces de
jours comme le salon, de nuit comme une chambre ou encore de service comme la salle
de bain.
De même, les débits de ventilation ne pourront être différenciés suivant des zones de
pulsion d’air neuf dans les parties de séjour et les chambres et des zones d’extraction d’air
vicié dans la cuisine et les sanitaires.
Ainsi, la simulation mono-zone ne permet pas de rendre compte des phénomènes de
surchauffe qui peuvent survenir dans une pièce dû au surplus de gains internes ou solaires
principalement lorsque la consigne de chauffe reste identique. C’est par exemple le cas
dans un bureau ou les gains dus aux équipements vont être important ou dans une pièce
possédant une baie vitrée plein Sud.
Toutefois, on cherche ici à évaluer le besoin de chauffe de l’habitation, son coût
énergétique, et pas le confort des occupants. Les problèmes de surchauffe surviennent
principalement durant la saison chaude. Le système de chauffage est donc à l’arrêt et
nous ne considérons pas les besoins de froid. La simulation mono-zone n’a donc que peu
d’influence sur les besoins totaux nets de chauffage surtout si l’habitation possède des
performances énergétiques élevées comme vu dans le projet SAFE, voir Figure 37.
En conclusion simuler en mono-zone ne permet pas de rendre compte du climat
particulier d’une pièce mais cela à peu d’impact sur l’étude générale du besoin de
chauffe du logement qui est notre objectif principal dans ce projet.
Figure 37 : Variation de la demande de chauffage (en kWh/m²an) en fonction de l’épaisseur
d’isolant pour les cas Comfie, Tas monozone et Tas multizone (Rapport Scientifique et Technique
relatif au projet de recherches SAFE, n°2, p.52)
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71
5.2.1.4. Rapprochement avec les 8 typologies prioritaires de logements
améliorables identifiées par C. Kints
En matière de rénovation du parc immobilier wallon, huit typologies prioritaires de
logements améliorables ont été identifiées par C. Kints (Kints, 2008). Ces typologies nous
ont permis de déterminer les principales typologies et leurs caractéristiques à modéliser
pour le projet SOLEN. Ainsi les logements prioritaires wallons sont entièrement couverts par
la base de données « bâtiment ».








Les maisons de type vernaculaire (± 6% des logements avant 1991) sont
principalement couvertes par les gabarits 2 et 4 de grandes tailles modélisés en 4 et 3
façades.
Les maisons urbaines moyennes, début 20è siècle (±16% des logements avant 1991)
sont principalement couvertes par les gabarits 4 et 5 modélisés en 2 et 3 façades.
Les maisons villageoises entre-deux guerres (± 5% des logements avant 1991) sont
principalement couvertes par les gabarits 2 et 4 de tailles moyennes modélisés en 4 et
3 façades.
Les maisons ouvrières, « modestes » (± 18% des logements avant 1991) sont
principalement couvertes par les gabarits 3 et 4 modélisés en 2 et 3 façades.
Les « Villas » des premières extensions urbaines (± 6% des logements avant 1991) sont
principalement couvertes par les gabarits 1 et 4 modélisés en 3 et 4 façades.
Les appartements dans un immeuble type « Etrimmo » (± 6% des logements avant
1991) sont principalement couverts par les typologies des appartements traversant et
mono-façade principalement.
Les maisons 4 façades type « lotissement » (± 13% des logements avant 1991) sont
principalement couvertes par les gabarits 1 et 3 modélisés en 4F.
Les appartements dans un « bâtiment divisé en plusieurs unités de logement » (± 6%
des logements avant 1991) sont couverts par les typologies d’appartements en
général.
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72
5.2.2.Définition et composition de l’enveloppe extérieure du logement
Nous allons maintenant traiter de la composition des parois modélisées. Les différentes
parois ne concernent que l’enveloppe extérieure puisque nous simulons en mono-zone et
que par conséquent les subdivisions internes ne sont pas nécessaires.
Au niveau du site, concernant la composition des parois, l’utilisateur choisit dans un
premier temps la période de construction de sa maison. Ce choix définit une composition
par défaut (mur plein ou creux, épaisseur d’isolation et vitrage). Ensuite, il peut préciser la
performance thermique de son habitation en choisissant l’épaisseur de l’isolation des murs
extérieurs, de la toiture et de la dalle de sol ainsi que le type de vitrage.
En conclusion, les types de parois à modéliser sont le mur extérieur plein, le mur extérieur
creux, le mur mitoyen, la toiture en pente, la toiture plate, la dalle de sol et le plancher
d’appartement. À partir de là, l’ensemble des compositions de parois disponibles sera
obtenu au moyen de la variation de l’épaisseur de l’isolant et du vitrage.
5.2.2.1.
Choix des matériaux
Avant d’expliciter les différentes compositions de parois, il convient de présenter
l’ensemble des matériaux qui sont utilisés dans la modélisation de celles-ci. Leur choix
provient de celui effectué dans le projet SAFE. Leurs caractéristiques physiques ont
directement été reprises.
Tableau 10 : Caractéristiques des matériaux utilisés dans la composition des parois testées
Matériaux
Conductivité
thermique λ
[W/mK]
Densité
ρ
[kg/m³]
Capacité
thermique c
[kJ/kg.K]
Vapeur
Diffusion
Factor
Diffusivité
thermique a
[m²/s]
Effusivité
thermique β
[(W/m²K)1/2]
Enduit de plâtre
0.52
1300
0.84
10
6.17143
12.56
Bloc de béton
1.32
2000
1
100
8.55360
27.08
Isolation
0.04
40
0.84
2
15.42857
0.61
Brique
0.26
850
1
10
3.96424
7.84
Carreaux de grès
1.2
2000
0.84
9999
9.25714
23.66
Plancher collé
0.13
525
1.88
30
1.70699
5.97
Chape de béton
0.37
1200
0.84
100
4.75714
10.18
Hourdis
1.23
1200
0.84
10
15.81429
18.56
5.2.2.2.
Composition des parois modélisées
La valeur des coefficients de transmission thermique U [W/m²K] est donnée à titre indicatif
et a été calculée sur base de la réglementation PEB. Elle est déterminée exactement au
niveau du logiciel de simulation.
Les parois avec isolant sont également présentées à titre indicatif puisque l’épaisseur de
l’isolation sera au choix de l’utilisateur dans l’outil. La composition des parois est toujours
présentée de l’intérieure vers l’extérieure pour les parois verticales et du haut vers le bas
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73
pour les parois horizontales. Dans tous les cas de paroi, seules les couches jouant un rôle
thermique sont présentées et modélisées.
Les murs extérieurs
La composition des parois extérieures d’une habitation à évoluée au cours du temps.
Dans un premier temps, on est passé de murs pleins à des murs creux sans isolation. Ensuite
on a vu l’épaisseur de l’isolation augmenter. Dès lors, il semble logique que la composition
des parois soit fonction de la période de construction choisie. On considère donc deux
types de parois extérieures : les murs pleins (avant 1951) et les murs creux (après 1951). Les
variations de composition ne concernant que l’isolation (de 0 à 90 mm) lorsqu’il s’agit de
murs creux, les cas pour chaque période postérieure à 1951 sont déjà envisagés par la
variation de l’épaisseur de l’isolant.
Tableau 11 : Composition des parois de type « mur extérieur »
Mur plein en brique
(pré-1951)
Murs extérieurs
Mur creux
(post-1951)
Non-isolé
Isolé
Non-isolé
Isolé
Enduit de plâtre
15 mm
15 mm
15 mm
15 mm
Blocs de béton semi-lourd
-
-
140 mm
140 mm
Brique
320 mm
320 mm
-
-
Isolation
-
60 mm
-
60 mm
Vide faiblement ventilé, R=0,09 [m²K/W]
-
-
50 mm
50 mm
Brique
-
-
90 mm
90 mm
0.699
0.341
1.349
0.446
Coefficient de transmission
thermique U [W/m²K]
Rsi = 0.13
Rse= 0.04
Les murs mitoyens
On considère trois types de murs mitoyens. Le mur mitoyen plein en brique pour les
simulations des maisons mitoyennes avec des murs extérieurs pleins, le mur mitoyen en
blocs de béton pour les appartements et un mur mitoyen faiblement isolé correspondant
à la norme PEB pour les simulations des maisons mitoyennes avec des murs creux.
On voit que le coefficient de transmission thermique reste très élevé sans la présence d’un
isolant mais l’utilisation du mur mitoyen implique le même type de climat intérieur de
chaque côté dans le logiciel de simulation. Il n’y a donc pas de transfert de chaleur en
théorie puisque la différence de température est alors nulle. En pratique, il faudrait
prendre en compte le comportement différent propre des habitants de chaque maison
ou appartement. Mais à l’exception de cas rares, par exemple une famille part en
vacances et donc la maison n’est pas chauffée, la perte ou le gain d’énergie par un mur
mitoyen reste minime.
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74
Tableau 12 : Composition des parois de type « mur mitoyen »
Murs mitoyens
En brique
En blocs de
béton
Isolé
Enduit de plâtre
15 mm
15 mm
15 mm
Blocs de béton semi-lourd
-
140 mm
140 mm
Brique
320 mm
-
-
Isolation
-
-
30 mm
Enduit de plâtre
15 mm
15 mm
15 mm
0.646
2.360
0.852
Coefficient de transmission
thermique U [W/m²K]
Rsi = 0.13
Rse= Rsi
Les toitures
Pour les maisons, on considère une toiture classique en pente de type pannes-chevrons.
Toutefois, on ne tient pas compte de la structure ni du revêtement de la toiture puisque
ceux-ci ont un rôle thermique négligeable et/ou sont très fortement ventilés. La toiture
plate est modélisée pour les appartements en toiture. On envisage alors une toiture plate
classique en béton.
Tableau 13 : Composition des parois de type « toiture »
Toitures
Toitures en pente
(Rse= Rsi = 0.13)
Toiture plate
(Rse= 0.04, Rsi = 0.10)
Non-isolée
Isolée
Non-isolée
Isolée
Isolation
-
160 mm
-
160 mm
Hourdis
-
-
160 mm
160 mm
Plaque de plâtre
-
-
15 mm
15 mm
Plancher collé
15 mm
15 mm
-
-
2.342
0.231
2.571
0.233
Revêtement & sous-toiture
Coefficient de transmission
thermique U [W/m²K]
Dalles et planchers
Dans un souci de réduction de cas, on considère la dalle de rez-de-chaussée sur sol
uniquement, soit le cas le plus défavorable. Il est à noter que plus l’épaisseur d’isolation
augmente plus la différence de besoin de chauffe entre une habitation sur sol et sur cave
diminue comme analysé lors du projet SAFE.
Pour les cas d’appartements situés en toiture ou à un étage intermédiaire, un seul type de
plancher a été modélisé.
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75
Tableau 14 : Composition des parois de type « plancher »
Planchers
Dalle
non-isolée
(Rse= 0)
Dalle
Isolée
(Rse= 0)
Plancher
d’appartement
(Rse= Rsi)
Plancher collé
-
-
10 mm
Carreaux de grès
10 mm
10 mm
-
Chape de béton
70 mm
70 mm
70 mm
Hourdis
160 mm
160 mm
160 mm
Isolation
-
60 mm
-
Enduit de plâtre
-
-
15 mm
2.010
0.501
1.307
Coefficient de transmission
thermique U [W/m²K]
5.2.2.3.
Rsi = 0.17
Vitrage & fenêtre
Quatre types de vitrages sont envisagés : un simple vitrage (SV), un double vitrage ancien
(DVA), un double vitrage performant (DVP) et un triple vitrage (TV). À nouveau, suivant le
choix de la période de construction dans un premier temps et suivant l’épaisseur d’isolant
dans les murs dans un deuxième temps, un type de vitrage sera prédéfini mais l’utilisateur
pourra changer celui-ci par après.
Au niveau de la fenêtre, on considère le châssis comme 15% de la surface totale de la
fenêtre. Le coefficient de transmission thermique du châssis Uf est pris égal à 2 W/m²K de
manière à couvrir principalement les châssis en bois, U variant environ entre 2.5 et 1.1
suivant les essences et l’épaisseur du cadre, et les châssis en plastique, U variant entre 2.2
et 1.6 suivant le nombre de chambres.
Les coefficients de transmission thermique Ug sont également donnés à titre indicatif et
proviennent du site internet Énergie+ (Énergie+, 2010). Les valeurs exactes seront reprises
dans la librairie de vitrage disponible dans le logiciel de simulation de manière à
approcher au mieux ces valeurs.
Tableau 15 : Coefficient de transmission thermique Ug [W/m²K] des vitrages modélisés
Vitrages
Simple vitrage
Double vitrage
ancien
Double vitrage
performant
Triple vitrage
Coefficient de transmission
thermique Ug [W/m²K]
5.8
2.8
1 à 1.3
0.6 à 0.8
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76
5.2.3.Les paramètres et leurs variations implémentées
Pour commencer, on énumère ici l’ensemble des paramètres modélisés ainsi que leurs
variations possibles qu’elles soient au choix ou non sur le site internet et qu’elles soient
simulées ou non. On regroupe les paramètres en trois classes : ceux liés à la typologie du
logement, ceux liés à sa performance énergétique et ceux liés à son environnement
extérieur.
Ensuite, pour chaque groupe de paramètres, on explicite les combinaisons possibles entre
leurs différentes variations. Ceci, afin dans un premier temps d’approcher au mieux des
réalités constructives et de rénovation et dans un deuxième temps de réduire le nombre
de cas à tester tout en gardant un grand nombre de choix au niveau de l’outil interactif.
5.2.3.1.
Les paramètres liés à la typologie du logement
Ces premiers paramètres permettent de définir la physionomie du logement ainsi que le
comportement de ses habitants. On retrouve donc des paramètres qui ont trait à la
géométrie, à la forme ou encore aux consignes de chauffe.
Le type de logement
Deux types de logement sont envisagés : la maison et l’appartement. Pour les maisons on
considère un volume de surface rectangulaire sur sol et dont la toiture est en pente. Dans
le cas de l’appartement, on utilise un volume parallélépipédique d’un seul étage.
Figure 38 : Volumétrie d’une maison et d’un appartement
La base de données « bâtiment » ne reprend donc pas de cas de duplex ou de triplex. On
pourrait envisager ces cas par après soit en réalisant des simulations pour ces typologies
soit en établissant des liens entre simplex, duplex et triplex.
Le gabarit : forme et nombre d’étage
Pour les maisons on envisage 6 gabarits possibles et pour les appartements 5. Dans le cas
des maisons, les gabarits sont caractérisés par un nombre d’étage (R+1/2, R+1, R+2 ou
R+3) et par une direction de la surface au sol qui définit la façade à rue (largeur ou
longueur) et ainsi le sens de la toiture et l’orientation des façades les plus importantes.
Les différents gabarits d’appartement sont définis par le nombre et la position des façades
par rapport à la rue. On retrouve donc : des traversant étroits, des traversant larges, des 3
façades, des mono-façades et des 2 façades sur le coin.
La mitoyenneté
Les habitations sont soit des maisons mitoyennes (2 façades), semi-mitoyennes (3 façades)
ou isolées (4 façades). A chaque fois, ce sont les pignons des maisons modélisées qui
deviennent les mitoyens. Il est à noter que pour les maisons toutes les combinaisons de
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gabarit et de mitoyenneté ne sont pas possibles.
Pour les appartements, on exprime leur mitoyenneté « verticale ». Soit il se trouve au rezde-chaussée, on le considère alors sur sol et le plafond correspond à un plancher
d’appartement. Soit il se trouve en toiture, on modélise alors le plafond comme une toiture
plate et le sol comme un plancher d’appartement. Soit il se trouve à un niveau
intermédiaire et le plancher d’appartement caractérise à la fois le sol et le plafond.
Suite aux 11 gabarits, on définit donc 30 typologies de logements en tenant compte des
possibilités de mitoyenneté.
La taille du logement
Pour les simulations, comme nous l’avons vu plus haut, chacun des 11 gabarits est
modélisé en trois tailles, celles-ci varient suivant le gabarit et sont fonction de la largeur et
de la longueur du logement ainsi que de son nombre d’étages. Les trois tailles testées sont
représentatives des tailles les plus courantes du logement considéré. C’est donc à partir
de ces trois tailles grâce à une extrapolation des résultats que l’on déterminera le besoin
de chauffe de n’importe quelle surface du cas testé.
L’utilisateur pourra dès lors entrer la taille exacte de son logement et au contraire de
l’évaluation faite dans SAFE ne devra plus choisir par intervalle de 10 m².
Nous reviendrons par après sur l’extrapolation des résultats pour en validé l’utilisation et en
explicité le fonctionnement au niveau du site internet.
La surface de fenêtre
La surface de fenêtre est un paramètre de modélisation qui n’est pas au choix dans l’outil.
Celui-ci est fixe suivant le type de logement choisi. Ainsi on utilise un pourcentage de
surface de fenêtre égale à 25% peu importe l’orientation de la façade du logement prise
en compte. On ne modélise donc pas de fenêtres en toiture. La surface de fenêtre est
montée à 50% pour une façade principale dans les appartements.
De même on considère que le châssis couvre 15% de la surface total de la fenêtre. La
surface du vitrage est par conséquence de 85% de celle de la fenêtre.
Les gains internes
Les gains internes sont fixes pour chaque type d’habitation. Ceux-ci permettent de tenir
compte de l’activité interne du ménage soit de la chaleur dégagée par les occupants
ainsi que par les équipements et lors de cuisson. Puisque nous simulons en mono-zone, il ne
sera pas possible de rendre compte du comportement de chaque pièce ainsi que des
phénomènes de surchauffe.
Les gains internes sont calculés à partir de la taille du logement et du nombre
d’occupants principalement. Étant donné que le nombre d’occupants ne peut varier
durant les simulations, on considère une famille moyenne de 4 personnes pour calculer les
gains internes dans le cas d’une maison et une famille de 3 personnes dans le cas d’un
appartement.
On considère un relativement faible profil d’occupation et d’utilisation des équipements
de manière à minimiser les gains internes de chaleur ce qui permet d’évaluer au mieux les
besoins de chauffe. Au contraire considéré des gains internes plus importants diminuerait
le besoin de chauffe mais permettrait d’évaluer les surchauffe mais ceci ne nous
concerne pas ici.
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78
On détermine donc un profil hebdomadaire de gains qui sera fixe pour chaque semaine
de l’année. On ne prend pas en compte les vacances scolaires par exemple. On
distingue toutefois la semaine du weekend.
Les valeurs des gains internes se basent sur le travail de C. Massart « Elaboration d’un outil
d’aide à la conception de maisons à très basse consommation d’énergie : Conception
de maisons neuves durables ».
Au niveau de l’occupation de l’habitation, comme montré sur la Figure 39, on considère
que l’ensemble des personnes est absente 8 heures par jour un jour de semaine et 5
heures un jour de weekend. La moitié seulement est présente durant 2 heures par jour un
jour de semaine et 5 heures un jour de weekend. Finalement l’ensemble des personnes
sont là les 14 heures restantes.
2
Weekend
Semaine
de 23h à 24h
de 22h à 23h
de 21h à 22h
de 20h à 21h
de 19h à 20h
de 18h à 19h
de 17h à 18h
de 16h à 17h
de 15h à 16h
de 14h à 15h
de 13h à 14h
de 12h à 13h
de 11h à 12h
de 10h à 11h
de 9h à 10h
de 8h à 9h
de 7h à 8h
de 6h à 7h
de 5h à 6h
de 4h à 5h
de 3h à 4h
de 2h à 3h
de 1h à 2h
0
de 0h à 1h
Nombres de personnes
Occupation journalière
4
Heures
Figure 39 : Horaire journalier d'occupation (70W/pers) d'une maison testée
Au niveau des équipements, voir Figure 40, on tient compte à la fois des électroménagers
avec une puissance nominale de 4 W/m² en continu lorsque l’entièreté des
électroménagers fonctionnent et de l’éclairage avec une puissance nominale de 6 W/m²
en continu. Pour ce dernier on envisage la maison allumée à 50% 2 heures le matin et 2
heures en pleine soirée et allumée à 25% 1h en début de soirée et 1h en fin de soirée. Le
reste du temps les lampes sont éteintes.
Pour les équipements électroménagers, on considère une valeur de 12,5% constante pour
tenir compte du frigo, congélateur et des lessives (ramenées à une valeur constante
hebdomadaire). On y ajoute un pic à 100% en soirée lorsque l’entièreté des
électroménagers fonctionne, soit avec la télévision et l’ordinateur en marche.
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75%
50%
25%
de 23h à 24h
de 22h à 23h
de 21h à 22h
de 20h à 21h
de 19h à 20h
de 18h à 19h
de 17h à 18h
de 16h à 17h
de 15h à 16h
de 14h à 15h
de 13h à 14h
de 12h à 13h
de 11h à 12h
Electroménager
Eclairage
de 10h à 11h
de 8h à 9h
de 9h à 10h
de 7h à 8h
de 6h à 7h
de 5h à 6h
de 4h à 5h
de 3h à 4h
de 2h à 3h
de 1h à 2h
0%
de 0h à 1h
Pourcentage d'utilisation
Profil journalier de fonctionnement des équipements
100%
Heures
Figure 40 : Profil journalier de fonctionnement des électroménagers (4W/m² en continu) et de
l’éclairage (6W/m² en continu) du logement testés
Les consignes thermostatiques
Trois systèmes de thermostat sont proposés à l’utilisateur de l’outil interactif de façon à
assurer le confort thermique des habitants :



T HERMOSTAT 1 : Une température de consigne horaire continue de 18°C jour et nuit en
semaine et le weekend.
T HERMOSTAT 2 : Une température de consigne horaire continue de 20°C jour et nuit en
semaine et le weekend.
T HERMOSTAT 3 : Un thermostat 20-16°C, soit une température de consigne horaire de
20°C de 6h à 8h et de 16h à 23h avec une diminution à 16°C pendant la nuit et la
journée en semaine.
18
Thermostat 20/16°C en semaine
Thermostat 20/16°C le weekend
de 23h à 24h
de 22h à 23h
de 21h à 22h
de 20h à 21h
de 19h à 20h
de 18h à 19h
de 17h à 18h
de 16h à 17h
de 15h à 16h
de 14h à 15h
de 13h à 14h
de 12h à 13h
de 11h à 12h
de 10h à 11h
de 9h à 10h
de 8h à 9h
de 7h à 8h
de 6h à 7h
de 5h à 6h
de 4h à 5h
de 3h à 4h
de 2h à 3h
de 1h à 2h
16
de 0h à 1h
Température de consigne [°C]
Horaire journalier du thermostat 3
20
Heures
Figure 41 : Horaire journalier du thermostat 20/16°C
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80
5.2.3.2.
Combinaisons proposées pour les typologies de logements
Au niveau des logements, toutes les combinaisons de gabarit et de mitoyenneté ne sont
pas possibles (cf. Tableau 16). Pour ces trois paramètres, on obtient en tenant compte des
combinaisons, 30 types de logements. On pourra dans un deuxième temps, suivant le
temps que prennent les simulations, augmenter le nombre de combinaison en modélisant
d’autres gabarits ou encore d’autres thermostats.
Sur le site, l’utilisateur aura donc 90 possibilités de typologies en tenant compte des
thermostats proposés et sans considérer la taille du logement.
Tableau 16 : Combinaisons proposées formant les 90 différentes typologies de logements testées
au choix dans l’outil
Typologies de logements
Logement
Gabarit
Mitoyenneté
Thermostat
4 Façades
G1 : Longueur à rue, R+1/2
3 Façades
2 Façades
4 Façades
G2 : Longueur à rue, R+1
3 Façades
2 Façades
18°C
4 Façades
Maison
G3 : Largeur à rue, R+1/2
3 Façades
2 Façades
4 Façades
G4 : Largeur à rue, R+1
3 Façades
2 Façades
G5 : Largeur à rue, R+2
G6 : Largeur à rue, R+3
3 Façades
2 Façades
2 Façades
Rez-de-chaussée
G1 : Traversant étroit
20°C
Intermédiaire
Toiture
Rez-de-chaussée
G2 : Traversant large
Intermédiaire
Toiture
Rez-de-chaussée
Appartement
G3 : 3 façades
Intermédiaire
Toiture
Rez-de-chaussée
G4 : Mono-façades
Intermédiaire
20/16°C
Toiture
Rez-de-chaussée
G5 : Façades en coin
Intermédiaire
Toiture
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81
5.2.3.3.
Les paramètres liés à la performance énergétique du logement
Les paramètres suivants caractérisent la physique de l’enveloppe du bâtiment et les
systèmes qui permettent de contribuer au confort thermique et respiratoire des habitants.
Ainsi ils traitent essentiellement de l’épaisseur de l’isolation, du vitrage et des systèmes de
ventilation et de chauffage.
Année de construction ou performance ;
Comme pour le projet SAFE, ce premier choix permet à l’utilisateur de choisir l’année de
construction du logement ou un des standards proposés afin de prédéfinir les
caractéristiques thermiques de son habitation. C’est sur base de ce choix que les
caractéristiques constructives du bâtiment sont estimées et que les parois sont
déterminées. On distingue 5 périodes de construction :





PRE -1950 : mur plein, pas isolé et simple vitrage
1951-1984 : mur creux, pas isolé et double vitrage ancien
1985-1995 : mur creux, 3 cm d’isolation (mur, dalle et toiture) et double vitrage ancien
1996-2010 : mur creux, 6 cm d’isolation (mur, dalle et toiture) et double vitrage ancien
POST-2011 : standard actuel pour les nouvelles constructions, cas référent suivant la
réglementation PEB de 2011.
Dans le cas des standards, on impose directement le besoin de consommation peu
importe la composition des parois ou encore la typologie du logement. Il n’y a donc pas
de simulation. La consommation totale annuelle du logement est calculée en multipliant
par les coefficients applicatifs (système de chauffe et quartier) et la surface de
l’habitation.



STANDARD BASSE ÉNERGIE : consommation de chauffage ≤ 60 kWh/m²an
STANDARD T RES BASSE ÉNERGIE : consommation de chauffage ≤ 30 kWh/m²an
STANDARD P ASSIF : consommation de chauffage ≤ 15 kWh/m²an
Le type de mur extérieur
Pour rendre compte des réalités constructives du bâti wallon, deux types de murs sont
disponibles pour les maisons. Ceux-ci ne sont pas au choix directement dans l’outil mais
par le choix de l’année de construction. En effet, on considère un mur plein en brique
pour les maisons construites avant 1951 et un mur creux pour celle construites après 1951
comme nous l’avons vu juste avant.
L’épaisseur d’isolation dans l’enveloppe
L’épaisseur est prédéfinie par le choix de la période de construction mais peut être
modifiée par l’utilisateur pour, par exemple, rendre compte d’une rénovation antérieure.
Pour l’isolation dans les murs extérieurs, pleins ou creux, huit épaisseurs d’isolant sont
proposées : 0 cm, 3 cm, 6 cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm et 30 cm.
L’épaisseur de l’isolant en toiture sera alors fonction de celle placée dans les murs. Deux
choix seront possibles : une épaisseur identique ou une surépaisseur de 10 cm ou plus en
fonction de celle dans les murs extérieurs.
Au niveau de la dalle de sol, considérée sur sol, les mêmes huit épaisseurs que dans le mur
sont possibles mais ce sans lien avec celles-ci.
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82
Le type de vitrage
Quatre types de vitrage sont envisagés : simple vitrage (SV ; Ug = ±5.8 W/m²K), double
vitrage ancien (DVA ; Ug = ±2.8 W/m²K), double vitrage performant (DVP ; Ug = ±1.3 W/m²K)
et triple vitrage (TV ; Ug = ±0.8 W/m²K). Le type de vitrage est prédéfini par le choix de la
période de construction mais peut être modifié par l’utilisateur pour par exemple rendre
compte d’une rénovation antérieure.
Le système de ventilation
La ventilation détermine la qualité de l'air intérieur du logement, celle-ci peut être
naturelle ou mécanique. Dans certains cas, elle peut aussi servir de système de chauffe.
On distingue trois types de ventilations proposées :



UN SYSTEME DE TYPE A : Une ventilation entièrement naturelle, soit la circulation et
l’extraction de l’air se fait naturellement par les jeux de pressions et l’infiltration d’air
au travers de l’enveloppe ou par l’ouverture d’une fenêtre, soit sans ventilateur. Il n’y
a donc pas de contrôle mécanique ni de consommation d’électricité.
UN SYSTEME DE TYPE C : Une ventilation avec extraction mécanique, soit l’extraction de
l’air vicié est contrôlée par des ventilateurs motorisés. On positionne les ventilateurs
d’extractions de manière à rejeter l’air vicié. Soit dans la cuisine, les toilettes et les
salles d’eau.
UN SYSTEME DE TYPE D + RC : Une ventilation avec double flux mécanique et
récupérateur de chaleur sans préchauffage. L’air extrait sortant de l’habitation et l’air
pulsé extérieur passent dans un récupérateur de chaleur type échangeur à plaques
qui permet de préchauffé l’air entrant. L’air pulsé est préchauffé par l’air sortant mais
pas par des batteries de chauffe.
Le type de ventilation est fixe dans notre cas suivant le niveau de performance thermique
de l’enveloppe soit suivant l’épaisseur d’isolation et le type de vitrage. L’utilisateur n’a
donc aucun choix à faire au niveau de l’outil internet.
La ventilation est un système essentiel dans la gestion du confort thermique et respiratoire
d’une habitation. En outre son impact sur le besoin de chauffe est non négligeable
puisque celle-ci peut être responsable de refroidissement du logement par le
renouvellement d’air lorsqu’elle est naturelle par exemple. Mais peu aussi permettre de
récupérer de la chaleur et ainsi le logement est chauffé tout ou en partie par la
ventilation lorsque l’on utilise une ventilation D avec récupérateur de chaleur et/ou en
utilisant des batteries de préchauffage de l’air pulsé. Dans un sens ou un autre, le choix
du système de ventilation influe donc sur le coût énergétique lié au chauffage d’une
habitation.
Nous avons dans un premier temps décidé de fixer le choix du paramètre « ventilation »
suivant les performances énergétiques de l’enveloppe du logement pour réduire le
nombre de cas à tester. Dans un deuxième temps, une fois la première série de simulation
finie, si les délais le permettent, il serait donc opportun d’effectuer de nouvelles
simulations en faisant cette-fois varier la ventilation.
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Le système de chauffe principal
Les choix pour le système de chauffe sont les mêmes que dans le projet SAFE, deux ont été
ajoutés : la micro-cogénération et la biomasse. On retrouve donc 25 possibilités au niveau
de l’outil interactif.
Le système de chauffe n’est pas directement un paramètre de simulation. En effet, les
simulations permettent de déterminer un besoin de chauffe réel uniquement fonction des
caractéristiques physiques du bâtiment (comportement thermique des parois
principalement) et des habitudes des habitants. Pour déterminer la consommation
annuelle d’énergie il faut donc prendre en considération le système de chauffe qui
intervient au moyen d’un coefficient qui s’applique sur le résultat de la simulation.
Tableau 17 : Coefficients applicatifs des 25 systèmes de chauffe disponibles au niveau de l’outil
Chauffage local
Chauffage central
Système de chauffe
Rendement
global
Chaudière à eau chaude à condensation au gaz naturel
0.80
Chaudière à eau chaude à condensation au mazout
0.83
Chaudière à eau chaude à condensation au propane/butane/GPL
0.81
Chaudière à eau chaude à condensation au charbon
0.85
Chaudière à eau chaude à condensation au bois
0.82
Chaudière à eau chaude non à condensation au gaz naturel
0.71
Chaudière à eau chaude non à condensation au mazout
0.74
Chaudière à eau chaude non à condensation au propane/butane/GPL
0.73
Chaudière à eau chaude non à condensation au charbon
0.76
Chaudière à eau chaude non à condensation au bois
0.74
Chauffage électrique par résistance
0.85
Pompe à chaleur, fluide caloporteur air
2.13
Pompe à chaleur, fluide caloporteur eau, chauffage par surface
1.74
Pompe à chaleur, fluide caloporteur eau, autres
1.05
Micro-cogénération
À déterminer
Biomasse
À déterminer
Poêle au bois
0.59
Poêle au charbon
0.61
Poêle au mazout
0.65
Poêle au gaz
0.66
Radiateur ou convecteur électrique sans régulation électronique
0.90
Radiateur ou convecteur électrique avec régulation électronique
0.96
Chauffage électrique à accumulation, sans capteur externe
0.85
Chauffage électrique à accumulation, avec capteur externe
0.92
Chauffage électrique à résistance incorporée dans le plancher, mur ou plafond
0.87
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84
Ce coefficient correspond au rendement global qui va être fonction de l’unité de
production de chaleur et du système installé.
Le rendement de production est fonction de l’appareil producteur de chaleur et du
combustible utilisé. Dans le cas d’une pompe à chaleur, le fluide caloporteur utilisé à
également son importance.
Les rendements dus au système concernent la distribution, la régulation, le stockage et
l’émission de la chaleur produite. Chaque rendement exprime respectivement les pertes
d’énergies, chaleur non utilisée par le logement, lors du parcours dans les conduites,
pertes dues au décalage entre la demande et la production, pertes dues à la présence
ou non d’un stockage et pertes lors de l’émission de la chaleur par les radiateurs ou un
autre système d’émission de chaleur.
Pour chaque système de chauffage, le rendement global a été calculé suivant la
méthode PEB (PEB, août 2008, annexe I). Ceux concernant la micro-cogénération et la
biomasse sont encore à déterminer.
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85
5.2.3.4.
Les versions PEB
Pour chacune des typologies de maisons et d’appartements une version PEB va
également être testée avec le logiciel de simulation. C’est-à-dire que l’on simule chaque
typologie en appliquant pour chaque paroi le coefficient de transmission thermique Umax
défini par la norme en vigueur (PEB, août 2008, annexe III). On rajoute donc un niveau de
performance thermique supplémentaire.
Tableau 18 : Valeurs U maximales à réaliser à partir du 1er septembre 2009 suivant la
réglementation PEB de 2008 et leur équivalent en termes de composition
Parois
Umax [W/m²K]
Equivalent en termes de composition
Vitrage
1,6
Double vitrage classique
Murs extérieurs
0,4
Mur creux avec 7 cm d’isolant
Toiture
0,3
Toiture avec 12,5 cm d’isolant
Dalle
0,4
Dalle avec 8 cm d’isolant
Mur mitoyen
1
Mur mitoyen avec 3 cm d’isolant
La version PEB permet de poser un cas référent. Ainsi l’utilisateur pourra toujours se situer
par rapport à une valeur actuelle. Rappelons que comme dans le projet SAFE le cas
référent
représente le même bâtiment que celui introduit par l’utilisateur mais
correspondant à ce bâtiment s’il avait été construit en 2011. Les « bâtiments référents »
sont conçus pour répondre aux exigences actuelles pour les nouvelles constructions (E 80
et Espec 130, depuis septembre 2011).
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5.2.3.5. Combinaisons proposées pour le niveau de performance
énergétique du logement
Au niveau des performances énergétiques de l’habitation, comme pour les typologies,
toutes les combinaisons ne sont également pas possibles (cf. Tableau 19). Ainsi le choix du
type de vitrage est fonction de l’isolation dans la toiture dont le choix est lui-même
dépendant de l’épaisseur d’isolation dans les murs.
L’isolation de la dalle sera quant à elle indépendante et le type de ventilation est fixe
suivant la performance énergétique des parois soit suivant l’épaisseur d’isolation dans le
mur et la toiture.
L’utilisateur n’a donc pas de choix à faire sur la ventilation. Toutefois, si le temps le permet,
on pourrait tester d’autres possibilités de ventilation ce qui entrainerait un choix au niveau
de l’outil. De même, la possibilité d’une ventilation double flux avec préchauffage
pourrait également être simulée par après.
Au total en considérant le niveau de performances défini dans la réglementation PEB mais
sans tenir compte du système de chauffe, il y a 689 niveaux de performances pour
chaque typologie de maison et 262 pour les appartements. Au niveau du site, avec les
systèmes de chauffe, on aura donc plus de 17 000 possibilités concernant la performance
énergétique pour les maisons et plus de 6 500 possibilités pour les appartements.
Tableau 19 : Combinaisons proposées à la base des différentes performances énergétiques du
logement au choix dans l’outil
Performance énergétique du logement
Type de
mur
Isolation
Isolation
Isolation
dans la
dans les
dans la
dalle
murs
toiture
0
0
3
3
Plein
6
6
10
10
15
15
20
20
Creux
25
25
30
30
Système de
Vitrage
Ventilation
0
SV – DVA – DVP
A
16
SV – DVA – DVP
A
3
SV – DVA – DVP
A
Chauffage
16
SV – DVA – DVP
A
central
6
SV – DVA – DVP
A
16
16
SV – DVA – DVP
A
possibilités
10
DVA – DVP – TV
C
20
DVP – TV
D
15
DVA – DVP – TV
C
30
DVP – TV
D
20
DVA – DVP – TV
C
Chauffage
30
DVP – TV
D
local
25
DVA – DVP – TV
C
9
possibilités
35
DVP – TV
D
30
DVA – DVP – TV
C
35
DVP – TV
D
chauffe
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
87
5.2.3.6. Les paramètres liés à l’environnement et au climat extérieur du
logement
Nous allons maintenant traiter des paramètres qui caractérisent l’ambiance extérieure du
bâtiment. Ils représentent le climat extérieur et son environnement proche. Pour ces
paramètres, il n’y pas de combinaisons spécifiques entre eux.
L’orientation
Au départ, le logement est modélisé avec la façade à rue au Nord ce qui donne la
référence de base. Dans le cas des logements 3 et 4 façades, l’orientation est fixe. Dans
les cas 2 façades (maison) et traversant (appartement), on propose à l’utilisateur
d’orienter son logement suivant l’axe Nord-Sud ou Est-Ouest, la façade à rue se retrouve
alors à l’Est. Finalement pour les appartements mono-façade et les appartements en coin,
les quatre orientations principales seront possibles à rue : Nord, Est, Sud et Ouest.
Figure 42 : Orientation de base suivant la mitoyenneté du logement
Le quartier
Un coefficient applicatif permet de rendre compte de l’impact de la morphologie du
quartier sur le besoin de chauffe de l’habitation. Ce coefficient rend compte de la densité
et des masques. Ce coefficient est fonction du type de quartier et ce peu importe
l’orientation sauf dans le cas des appartements mono-façade et ceux ayant leurs
façades en coin. Rappelons les types de quartiers qui seront au choix sur l’outil internet :








Centre-ville dense
Urbain continu
Première couronne, semi-continu
Semi continu homogène, cité sociale
Village, noyau rural
Discontinu, lotissement périurbain
Rural isolé
« Grands ensembles » & autres
L’impact de la densité de logement sera donc pris en compte grâce au choix du type de
quartier habité. Cet impact sera exploité et permettra donc de conscientiser l’utilisateur
dans le choix du quartier habité.
La commune
Les logements seront testés suivant le climat de la station météorologique située à Uccle.
De manière à rendre compte de la position géographique du logement et donc de la
variation du climat d’un point à l’autre de la Wallonie, un coefficient de correction
fonction du nombre de degrés-jour de différence entre la commune considérée et la
commune d’Uccle est utilisé.
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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88
5.2.4.Nombre de cas simulés et récapitulatif des possibilités présentes dans la base de
données « bâtiment » sur le site internet
Pour conclure sur la méthodologie de modélisation, nous dénombrons et explicitons ciaprès l’ensemble des cas de logements possibles au niveau de l’outil interactif disponible
sur le net.
Suivant les combinaisons de variation de paramètres possibles, on retrouve 130 221 cas
"maison" et 30 654 cas "appartement" en croisant typologies, performances énergétiques
et environnement. Il y a donc un total de 160 875 logements qui sont modélisés et testés.
Ramené en kWh/m²an et en rajoutant les trois standards, on retrouve un total de 53 628
cas dans la base de données « bâtiment ».
Au final au niveau de l’outil internet, pour avoir le nombre de possibilités disponibles, il faut
encore multiplier par les 25 systèmes de chauffe et les 8 coefficients relatifs aux quartiers.
On dépasse ainsi les 10 millions de possibilités. Et ce, sans tenir compte de la taille du
logement qui reste totalement au choix de l’utilisateur et de la localisation du logement
qui permet d’exprimer la différence de climat suivant la commune.
On retrouve ainsi sur les deux pages suivantes deux tableaux récapitulatifs des cas
possibles au niveau de l’outil internet. Le premier pour les maisons, Tableau 20, et le
second pour les appartements, Tableau 21.
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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89
Tableau 20 : Récapitulatif des combinaisons des cas « Maison » possibles au niveau de l’outil internet
POSSIBILITES DE CHOIX POUR LES MAISONS
TYPOLOGIE
Thermostat
Direction
Etage
CLIMAT & ENVIRONNEMENT
Mitoyenneté
4 Façades
R+1/2
2 Façades
Longueur
18°C
3 Façades
à rue
4 Façades
R+1
3 Façades
2 Façades
4 Façades
R+1/2
3 Façades
2 Façades
20°C
4 Façades
R+1
3 Façades
2 Façades
Largeur
à rue
3 Façades
R+2
2 Façades
Orientation
Commune
N
PERFORMANCE ENERGETIQUE
Quartier
Type de
mur
Isolation
Isolation
Isolation
dans la
dans les
dans la
dalle
murs
toiture
0
0
Centre-ville
dense
N-S
E-O
continu
N-S
Première
E-O
couronne,
3
3
6
6
semi-continu
Semi-continu
homogène,
262
10
10
cité sociale
2 Façades
N
wallonnes
Village,
15
noyau rural
N-S
E-O
15
Discontinu,
lotissement
N
20
20
périurbain
31
Chauffage
central
6
10
DVA-DVP-TV
C
20
DVP-TV
D
15
DVA-DVP-TV
C
30
DVP-TV
D
20
DVA-DVP-TV
C
30
DVP-TV
D
25
DVA-DVP-TV
C
35
DVP-TV
D
30
DVA-DVP-TV
C
35
DVP-TV
D
Creux
N-S
E-O
Rural isolé
25
25
N-S
« Grands
E-O
ensembles »
30
30
et autres
3
3
communes
20-16°C
R+3
A
chauffe
16
N
E-O
SV-DVA-DVP
Système de
0
16
Plein
N-S
Ventilation
16
Urbain
N
Vitrage
262
8
2
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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8
43
90
Chauffage
local
25
Tableau 21 : Récapitulatif des combinaisons des cas « Appartement » possibles au niveau de l’outil internet
POSSIBILITES DE CHOIX POUR LES APPARTEMENTS
TYPOLOGIE
Thermostat
CLIMAT & ENVIRONNEMENT
Gabarit
Orientation
Commune
Isolation
Isolation
Isolation
dans la
dans les
dans la
dalle
murs
toiture
N-S
Traversant
semi-continu
E-O
Plancher
N
Façades
wallonnes
DVP-TV
D
C
D
homogène,
20
DVA-DVP-TV
C
20
cité sociale
30
DVP-TV
D
25
DVA-DVP-TV
C
35
DVP-TV
D
30
DVA-DVP-TV
C
35
DVP-TV
D
Plancher
SV-DVA-DVP
A
25
Village,
N
lotissement
Mono-
S
périurbain
façade
E
Milieu
Rural isolé
20-16°C
Rez
N
Plancher
0
0
3
3
6
6
10
10
15
Façades
S
en coin
E
ensembles »
25
O
et autres
30
« Grands
262
20
Chauffage
DVP-TV
30
13
C
DVA-DVP-TV
Discontinu,
3
DVA-DVP-TV
30
noyau rural
O
10
15
communes
3
A
Semi-continu
15
262
SV-DVA-DVP
16
10
Toiture
20
central
Chauffage
local
15
20
Plancher
DVA-DVP-TV
C
25
30
8
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de
chauffage
6
6
Première
couronne,
large
20°C
3
16
Urbain
continu
Ventilation
16
3
18°C
Système
Vitrage
0
0
dense
E-O
étroit
Mitoyenneté
Centre-ville
N-S
Traversant
Quartier
PERFORMANCE ENERGETIQUE
259
91
25
5.3.
Choix du logiciel de simulation
Le choix s’est posé sur le logiciel dynamique multizone TRNSys qui permet de modéliser et
simuler le comportement d’un édifice en implémentant ses systèmes.
Toutefois, afin de faciliter les simulations et de ce fait varier au maximum les typologies
traitées de logements, il a été choisi d’utiliser le logiciel dynamique de façon mono-zone
ce qui veut dire que l’on teste une seule zone dont le volume équivaut au volume total de
l’habitation. On détermine donc le besoin de chauffe de façon globale sans considérer
les différentes zones de chauffe d’un logement.
Le logiciel de simulation dynamique TRNSys comporte deux interfaces : TRNBuild et
Simulation Studio. Le premier permet de modéliser le bâtiment, soit principalement
d’encoder les surfaces, la composition des parois et les vitrages. Le second permet de
modéliser les systèmes liés au bâtiment comme la ventilation et les consignes de chauffes
ainsi que d’introduire les données climatiques. Finalement c’est ce dernier qui va effectuer
la simulation du bâtiment et fournir les résultats.
5.3.1.Présentation et implémentation des paramètres de modélisation dans l’interface
TRNBuild
L’interface de TRNBuild se présente comme un dossier à compléter suivant le bâtiment à
modéliser. Une fenêtre correspond à chaque zone soit à un volume d’air et en définissant
la composition et les surfaces des parois on implémente les conditions de bords de cette
zone thermique.
Figure 43 : Interface de TRNBuild
Les données à encoder directement correspondent principalement aux données
géométriques et physiques. En effet, pour SOLEN, les données nécessaires à
l’implémentation des régimes du bâtiment se fond par des inputs provenant de la
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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92
modélisation des systèmes de l’habitation dans le Simulation Studio.
Pour modéliser entièrement l’enveloppe du bâtiment, quatre interfaces sont complétées.
Une pour les matériaux, une pour la composition des parois, une pour les fenêtres et
vitrages et une pour encoder les surfaces définissant la zone thermique. On retrouve ciaprès ces quatre interfaces plus en détails.

INTERFACE « LAYERS » : On y encode la liste des matériaux entrant dans la composition
des parois ainsi que leurs caractéristiques physiques à savoir leur conductivité
thermique, leur capacité thermique et leur densité.

INTERFACE « WALLS » : Cette fenêtre permet de créer l’ensemble des parois nécessaires
à la modélisation. On y définit pour chacune le nombre de couche avec le matériau
et l’épaisseur correspondant comme nous l’avons explicité plus haut de manière à
définir l’ensemble des compositions de parois, avec variations d’isolation, disponible
sur le site.
Au moment de définir les parois, le logiciel donne uniquement une valeur indicative du
coefficient thermique U de la paroi modélisée. En effet, il prend par défaut les
conditions d’une paroi verticale entre un climat intérieur et extérieur pour calculer le U
donné. Il ne tient donc pas compte de réelles conditions extérieures que la paroi
pourrait avoir.
Le vrai coefficient qui est utilisé par le logiciel est recalculé lorsque les conditions de la
paroi sont indiquées mais celui-ci n’est pas communiqué ce qui ne nous permet pas
de le comparer avec le coefficient de transmission thermique U calculé plus haut
suivant la méthode PEB lorsque nous avons défini la composition des parois de
l’enveloppe extérieure.
Néanmoins, il est à noter que les résistances thermiques d’échange superficiel d’une
paroi Rsi et Rse prennent les mêmes valeurs au niveau du logiciel que dans la
réglementation PEB suivant les catégories de parois. On peut donc se fier au fait qu’il
s’agit de valeurs identiques ou très proche à celles calculées manuellement plus haut.

INTERFACE « WINDOWS » : Le choix du vitrage se fait grâce à une bibliothèque incluse.
Nous avons donc précisé les coefficients de transmission thermique U utilisé dans la
modélisation des fenêtres du logement.
Tableau 22 : Coefficient de transmission thermique Ug des vitrages implémentés dans TRNBuild
Simple
vitrage
Double
vitrage
ancien
Vitrage
« PEB »
Double
vitrage
performant
Triple
vitrage
Bibliothèque TRNBuild
Single, 5.8
Insulating,
2.8
Saint
Gobain
CLIMAPLUS
FUTUR AR
Saint
Gobain
PLANISOL
Neutral
Saint
Gobain
CLIMATOP
FUTUR AR
Design
4
4/16/4
4/15/4
6/16/6
4/16/4/16/4
Coefficient de
transmission thermique
Ug [W/m²K]
5,8
2,83
1,43
1,05
0,59
Vitrages
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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93

INTERFACE « ZONE / AIRNODE » : C’est dans cette fenêtre que l’on va réellement
implémenter le bâtiment. On crée autant de surface qu’il n’y a de paroi délimitant la
zone thermique étudiée. Et pour chaque surface on définit en premier son type de
paroi en faisant référence aux murs définis avant et son aire.
Ensuite on précise sa catégorie soit s’il s’agit d’un mur interne à la zone, d’un mur
externe donc limites avec l’environnement extérieure, d’un mur adjacent avec une
autre zone ou d’un mur mitoyen donc en contact avec un climat intérieur mais qui
n’appartient pas au bâtiment modélisé et simulés. On détermine ainsi s’il s’agit d’une
maison mitoyenne, semi-mitoyenne ou isolée ou un appartement traversant, 3
façades, mono-façade ou avec les façades en coin.
Dans le cas de murs externes on peut également définir des fenêtres en choisissant le
type de vitrage et en encodant sa surface. Finalement on encodera l’orientation,
azimut et inclinaison, de la surface implémentée.
5.3.2.Présentation, implémentation des paramètres de modélisation et calibrage de
l’interface Simulation Studio
L’interface de Simulation Studio est composé de boites appelées « Macro ». Elles
correspondent à des boites de calculs et de traitements de données. Chaque boite reçoit
donc des inputs d’une autre Macro ou d’un fichier externe et renvoie des outputs vers une
autre Macro ou un fichier externe. Les données transitent d’une Macro à l’autre par des
liens réalisés sous forme de flèche à sens unique. Le bâtiment testé correspond à une
Macro et les autres permettent d’implémenter les systèmes du logement principalement.
Figure 44 : Interface de Simulation Studio
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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94
Nous allons maintenant exposer l’ensemble des données à encoder dans le logiciel TRNSys
Simulation Studio de manière à modéliser les systèmes du logement et le climat extérieur
suivant les paramètres et leurs variations voulues au niveau de l’outil internet.
Macro Météo

LE FICHIER METEO est le seul élément à rentrer dans la Macro Météo. Les données du
fichier climat de base correspondent à une année « météonorm » à Uccle. Ce fichier
est donc fixe. Pour rendre compte de la variation de climat au sein de la Wallonie
commune par commune on appliquera un coefficient au besoin de chauffage basé
sur la différence des degrés-jour en base normalisée 15/15 de la commune considérée
et ceux d’Uccle.
Macro Infiltration

L’ EXPOSITION AU VENT DU BATIMENT : Ce coefficient peut varier entre 1 soit peu exposé au
vent et 2 soit fort exposé au vent. Le choix doit donc être idéalement fonction de la
mitoyenneté, du quartier et de la région. Mais ces deux derniers paramètres
n’interviennent pas dans les simulations et la mitoyenneté est implémentée dans le
TRNBuild. En outre, on remarque que des valeurs extrêmes par rapport à une valeur
médiane donne un besoin de chauffe augmenté ou diminué d’à peu près seulement
1% par rapport au besoin de chauffe du cas médian. Dès lors comme ce coefficient a
peu d’impact, il a été décidé de mettre la valeur médiane de 1.5 pour l’exposition au
vent.
Tableau 23 : Impact de l’exposition au vent sur le besoin net de chauffe annuel d’une maison 4
façades de 70 m² avec une isolation 6-6-16 cm (dalle-mur-toiture) et du simple vitrage

Exposition au vent
Besoin de chauffe [kwh]
Besoin de chauffe normalisé [%]
1
12799.42
98.8 %
1.5
12950.03
100 %
2
13087.68
101.1 %
LA VALEUR D’ETANCHEITE n50 : L’étanchéité d’un bâtiment est fonction de la qualité des
joints de fenêtres ainsi que de la composition des parois mais également du type de
logement. Le niveau d’étanchéité du bâtiment est responsable de pertes d’énergie
par infiltration et de risque de courants d’air.
Ainsi la valeur d’étanchéité normalisée n50 exprimée en volume par heure par volume
représente le taux horaire de renouvellement d’air par infiltration des parois de
l’habitation pour laquelle on applique une différence de surpression de 50 Pa entre
l’intérieur et l’extérieur. Il s’agit donc d’une valeur normalement mesurée in situ. Et
comme nous modélisons des maisons fictives, cette mesure ne peut être réalisée.
Néanmoins nous pourrions fixer la valeur d’étanchéité suivant le type de vitrage, soit
son coefficient de transmission thermique, et la mitoyenneté du logement et ainsi
rendre compte de l’étanchéité de l’enveloppe.
Toutefois, la valeur d’étanchéité n50 est également importante quant à la
performance du système de ventilation. Ainsi on préconise souvent 12 m³/h.m³ pour
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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95
une ventilation A, 6 m³/h.m³ pour une ventilation C et maximum 1 m³/h.m³ pour une
ventilation D (Evrard et al., 2012). Nous avons finalement retenu cette dernière option.
Macro Ventilation naturelle

LA TEMPERATURE A LAQUELLE ON COMMENCE LE FREE COOLING soit la température à laquelle on
considère la fenêtre ouverte est fixée à 25°C.

LA TEMPERATURE D’ARRET de la ventilation naturelle au contraire est fixée à 23°C.
L’occupant referme la fenêtre.
Macro Ventilation mécanique contrôlée

H ORAIRE JOURNALIER DE FONCTIONNEMENT DES VENTILATEURS : Il faut déterminer l’allumage et
la fermeture des ventilateurs la semaine et le weekend. On considère soit une position
ouverte ON soit une position fermée OFF peu importe l’heure. Cette position ON/OFF
fixe est donc fonction du type de ventilation : soit OFF pour une ventilation A, car pas
de ventilation mécanique, et ON pour les types C et D.

LES
DEBITS VOLUMIQUES PULSE ET EXTRAIT
: Comme nous simulons en mono-zone et qu’il n’est
par conséquent pas possible de rendre compte de la ventilation (pulsion et/ou
extraction) dans chaque pièce, on suivra la norme belge NBN D 50-001 “Dispositifs de
ventilation dans les bâtiments d’habitation” (IBN, 1991) pour déterminer les débits.
Celle-ci préconise un renouvellement d’air de 36 m³/h par personne pour assurer un
confort respiratoire.
Le débit pulsé est donc fonction du nombre d’occupant. Comme celui-ci n’est pas
pris directement en compte lors des simulations et ne peut être déduit logiquement du
gabarit du logement, on envisage par défaut une famille comprenant 4 personnes
pour les maisons et de 3 personnes pour les appartements.
Dans le cas d’une ventilation double flux avec récupérateur de chaleur type D, le
débit de pulsion sera donc fixé à 144 m³/h et donc celui d’extraction également à 144
m³/h pour une maison et pour un appartement les débits seront de-même de 108
m³/h.
Dans le cas d’une ventilation de type C, on considère l’allumage des ventilateurs
d’extraction uniquement dans les locaux d’air viciés c’est à dire au niveau de la
cuisine (par la hotte), des toilettes et de la salle de bains. En se référant à nouveau aux
débits définis dans la norme belge (75 m³/h pour la cuisine, 50 m³/h pour la salle de
bain et 25 m³/h pour les toilettes) et suivant un comportement type d’une famille (1h
de cuisson par jour, 2h dans la salle de bain et trois quarts d’heure aux toilettes) on
peut estimer que les ventilateurs ont un débit moyen constant de 8 m³/h sur une
journée.

LES RENDEMENTS EN TEMPERATURE ET HUMIDITE expriment la capacité de récupération de
chaleur et d’humidité par la ventilation double flux en pourcent. Pour l’humidité, le
rendement sera toujours nul car il n’y a jamais de récupération d’humidité dans notre
cas. De même, si le rendement en température est égal à 0 il s’agit bien alors d’une
ventilation A ou C sans récupération de chaleur. Dans le cas d’une ventilation double
flux avec récupérateur de chaleur, ventilation D, le rendement en température sera
alors fonction du ventilateur et est fixé à 85%.
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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96

LA RECUPERATION DES CONSOMMATIONS DU VENTILATEUR comme gain sur la température de
l’air pulsé doit être activée de manière à rendre compte du gain de chaleur interne
supplémentaire fourni par le fonctionnement du ou des ventilateurs de pulsions.

LE PRECHAUFFAGE par batteries de chauffe de l’air pulsé n’est jamais activé dans notre
cas, peu importe le système de ventilation considéré. L’utilisation de batteries de
chauffe et donc la ventilation fait office de système de chauffage est un cas qui sera
envisagé, si le temps le permet, une fois que les premières simulations seront terminées.
Macro Chauffage

LA PERIODE DE CHAUFFE ANNUELLE : On choisit un horaire de consigne de chauffe
hebdomadaire identique peu importe la saison. En effet, on choisit que seul l’horaire
journalier de chauffe détermine le fonctionnement du système de chauffe durant
l’année. On aura donc une position ON pour chaque heure de l’année.

L’ HORAIRE JOURNALIER DE CONSIGNE DE CHAUFFE de la semaine et du weekend sont fonction
du thermostat voulu. Pour les consignes de 18 et 20°C, la température est constante
tout au long de la journée en semaine et le weekend. Dans le cas du thermostat
20/16°C, l’horaire permet de rendre compte des heures de nuits et de travail de façon
différente en semaine et le weekend.
Macro Orientation

LA ROTATION DE LA COURSE DU SOLEIL : L’orientation de base est entrée dans l’interface
TRNBuild mais pour paramétrer facilement celle-ci, la Macro Orientation permet de
faire tourner le soleil. Soit de définir à quel point cardinal de l’habitation modélisée il se
lève. On fait ainsi tourner le soleil, soit la quantité d’ensoleillement reçu par façade, et
non la maison. Par défaut on modélise le Nord sur la façade à rue. Donc pour mettre
celle-ci à l’Est on donnera un angle de rotation de 90°, pour le Sud de 180° et pour
l’Ouest de 270°.
Macro Résultats

LE FICHIER RESULTATS va être généré sous format texte ouvrable avec Excel. Les données
demandées sont le besoin de chauffe, la chaleur récupérée par la ventilation double
flux au niveau de l’échangeur à plaques, la chaleur due au fonctionnement des
ventilateurs et finalement les gains solaires au travers des fenêtres en kilowattheure par
mètre carré. Les résultats sont intégrés sur une heure de temps. Le nom du fichier
résultat est demandé en fonction de la variation de paramètres testée de manière à
en faciliter le traitement.
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97
Tableau 24 : Récapitulatif des données encodées dans le Simulation Studio pour implémenter les
paramètres de modélisation
Météo
Fichier météo
meteonorm_uccle_JUL2JUN_heatwav76_coldwave97_20101215.txt
Infiltration
Vent
1.5
Ventilation A
Ventilation C
Ventilation D
12
6
1
n50 [m³/hm³]
Ventilation naturelle
T_ON
25°C
T_OFF
23°C
Ventilation mécanique contrôlée
Type A
Type C
Type D + RC
OFF
ON
ON
Débit de P/E [m³/h]
-
8/8
144(108) / 144(108)
Rdt en température
-
0
0.85
Gain du ventilateur
-
ON
ON
Préchauffage
-
OFF
OFF
Horaire
Consignes de chauffe
Horaire de chauffe
Fonction du thermostat
Période de chauffe
ON toute l’année
Orientation
Rotation [°]
Fonction de l’orientation (0°=Nord; 90°=Est; 180°=Sud; 270°=Ouest)
Résultats
Pas de temps
1 heure
Besoin de chauffe
Résultats sortants [kWh/m²]
Chaleur récupérée par la ventilation double flux
Chaleur dégagée par le fonctionnement des ventilateurs
Gains solaires transmis à travers le vitrage
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98
5.4.
Traitement des résultats et mise en œuvre de la base de
données « bâtiment »
L’objectif étant de fournir un outil interactif au niveau d’un site, il est nécessaire de traiter
les résultats obtenus des simulations de manière à en faire une base de données
« bâtiment » opérationnelle. Dans un premier temps nous allons ainsi exposer les étapes
nécessaires à sa création soit les différentes étapes de la modélisation au traitement des
résultats, ensuite le code utilisé pour nommer chaque cas simulés et testés au niveau du
site et pour finir nous nous attarderons sur la validation de la méthodologie
d’extrapolation. Dans un deuxième temps, nous reviendrons sur la manière dont elle sera
exploitée au niveau du site internet.
5.4.1.Création de la base de données
5.4.1.1.
Avec le logiciel de simulation TRNSys
Étape 1 : Encoder les différents matériaux et leurs caractéristiques physiques.
Étape 2 : Composer les parois à partir des matériaux encodés en définissant leurs
épaisseurs.
Étape 3 : Définir les différents vitrages testés.
Étape 4 : Créer les fichiers de modélisation de base suivant les mitoyennetés du logement.
Étape 5 : Générer l’ensemble des logements testés en croisant typologie et niveau de
performance thermique de l’enveloppe.
Étape 6 : Simuler les logements en tenant compte de l’orientation et du thermostat voulu.
5.4.1.2.
Dans le tableur Excel
Étape 7 : Traiter et compiler les résultats.
Étape 8 : Mettre en forme la base de données dans Excel.
Étape 9 : Recommencer avec d’autres choix de paramètres pour étoffer la base de
données suivant le temps nécessaire.
5.4.1.3.
Code des cas simulés
Lors des simulations chaque cas testé est dénommé au moyen d’un code. Ce code
marque également le nom du fichier résultat et permettra de retrouver le cas dans la
base de données « bâtiment » au niveau de l’outil. Il s’écrit au moyen de 11 items, chiffre
ou lettre, comme suit :
CAS = LOGEMENT_GABARIT_MITOYEN_ORIENTATION_DALLE_MUR_TOIT_VITRAGE_VENT_TEMP_SURFACE
Chaque lettre ou chiffre fait donc directement référence à une variation de paramètre.
On retrouve ci-après, dans le Tableau 25, la signification de chaque composant.
Par exemple le cas 1_5_2_2_a_a_f_2_1_3_2 correspond dans l’ordre à une maison (1), de
largeur à rue R+2 (5), 2 façades (2), dont la façade à rue est orientée à l’Est (2), avec 0
cm d’isolant dans la dalle (a), 0 cm d’isolant dans les murs de type plein (a), avec 16 cm
d’isolant en toiture (f), du double vitrage ancien (2), une ventilation A (1), avec un
thermostat de type 20/16°C (3) et finalement dont la taille simulée est la deuxième (2).
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99
Tableau 25 : Signification des items constituant le code du cas testé
LOGEMENT : type de logement
1
Maison
2
Appartement
GABARIT : type de gabarit suivant le type de logement
Maison
Appartement
1
Longueur à rue et R+1/2
Traversant étroit
2
Longueur à rue et R+1
Traversant large
3
Largeur à rue et R+1/2
3 façades
4
Largeur à rue et R+1
Mono-façade
5
Largeur à rue et R+2
Façade en coin
6
Largeur à rue et R+3
MITOYEN : mitoyenneté suivant le type de logement
Maison
Appartement
1
4 façades
En toiture
2
3 façades
Au milieu
3
2 façades
Au rez-de-chaussée
ORIENTATION : orientation de la façade à rue
1
Nord
2
Est
3
Sud
4
Ouest
DALLE : type de « plancher » et épaisseur de son isolant
a
Dalle de sol avec 0 cm d’isolant
b
Dalle de sol avec 3 cm d’isolant
c
Dalle de sol avec 6 cm d’isolant
d
Dalle de sol avec 10 cm d’isolant
e
Dalle de sol avec 15 cm d’isolant
f
Dalle de sol avec 20 cm d’isolant
g
Dalle de sol avec 25 cm d’isolant
h
Dalle de sol avec 30 cm d’isolant
i
Dalle de sol au niveau de performance définie par la réglementation PEB
j
Plancher d’appartement
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100
Tableau 25-suite : Signification des items constituant le code du cas testé
MUR : type de « mur » et épaisseur de son isolant
a
Mur plein avec 0 cm d’isolant
b
Mur plein avec 3 cm d’isolant
c
Mur plein avec 6 cm d’isolant
d
Mur plein avec 10 cm d’isolant
e
Mur plein avec 15 cm d’isolant
f
Mur plein avec 20 cm d’isolant
g
Mur plein avec 25 cm d’isolant
h
Mur plein avec 30 cm d’isolant
i
Mur creux avec 0 cm d’isolant
j
Mur creux avec 3 cm d’isolant
k
Mur creux avec 6 cm d’isolant
l
Mur creux avec 10 cm d’isolant
m
Mur creux avec 15 cm d’isolant
n
Mur creux avec 20 cm d’isolant
o
Mur creux avec 25 cm d’isolant
p
Mur creux avec 30 cm d’isolant
q
Mur au niveau de performance définie par la réglementation PEB
TOIT : type de « toiture » et épaisseur de son isolant
a
Toiture avec 0 cm d’isolant
b
Toiture avec 3 cm d’isolant
c
Toiture avec 6 cm d’isolant
d
Toiture avec 10 cm d’isolant
e
Toiture avec 15 cm d’isolant
f
Toiture avec 16 cm d’isolant
g
Toiture avec 20 cm d’isolant
h
Toiture avec 25 cm d’isolant
i
Toiture avec 30 cm d’isolant
j
Toiture avec 35 cm d’isolant
k
Toiture au niveau de performance définie par la réglementation PEB
l
Plancher d’appartement
VITRAGE : type de vitrage
1
Simple vitrage
2
Double vitrage ancien
3
Double vitrage performant
4
Triple vitrage
5
Vitrage au niveau de performance définie par la réglementation PEB
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101
Tableau 25-suite : Signification des items constituant le code du cas testé
VENT : type de système de ventilation
1
Système A
2
Système C
3
Système D
TEMP : température de consigne
1
Thermostat à 18°C
2
Thermostat à 20°C
3
Thermostat à 20/16°C
SURFACE : taille de simulation
1
Surface 1
2
Surface 2
3
Surface 3
5.4.1.4.
Extrapolation suivant la taille
Comme nous l’avons spécifié, un panel de taille est disponible au niveau du site internet
mais chaque typologie de logement n’est simulée qu’en 3 tailles représentatives du
gabarit de l’habitation. Après les simulations on obtient donc pour chaque cas trois
résultats fonction des m² testés de l’habitation par exemple si on reprend le cas plus haut,
on a :



1_5_2_2_a_a_f_2_1_3_1 qui correspond au cas simulés avec 96 m²
1_5_2_2_a_a_f_2_1_3_2 qui correspond au cas simulés avec 121.5 m²
1_5_2_2_a_a_f_2_1_3_3 qui correspond au cas simulés avec 150 m²
Ces trois résultats permettent de calculer un courbe de tendance linéaire caractérisée
par une pente m et une ordonnée à l’origine p. Pour chaque cas, suivant les trois tailles
simulées, ces deux paramètres sont calculés et se retrouvent dans la base de données. Il
sera donc aisé d’obtenir le besoin de chauffe annuel pour un cas et une surface donnée
grâce à l’équation :
ℎ
[
ℎ] =
.
[
]+
Et donc grâce à cette méthode de modélisation, de simulation et d’extrapolation,
n’importe quelle taille dans un intervalle défini pourra être encodée et testée au niveau
de l’outil.
Mais pour pouvoir effectuer cette extrapolation linéaire, il faut vérifier que le besoin de
chauffe annuel en kWh suit une progression linéaire suivant la taille du logement
considéré. Nous avons donc choisi de simuler les 6 gabarits « maison » en 4 et 2 façades,
cf. Tableau 26, et à 5 niveaux de performances énergétiques progressifs, cf.
Tableau 27, pour couvrir la plupart des typologies et des niveaux de performances
énergétiques de l’habitation proposés au niveau du l’outil interactif.
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102
Tableau 26 : Gabarits testés pour valider l’extrapolation
Typologies de maisons testées pour valider l’extrapolation linéaire
1_1_1
Gabarit 1 (longueur à rue et R+1/2), 4 façades
1_1_3
Gabarit 1 (longueur à rue et R+1/2), 2 façades
1_2_1
Gabarit 2 (longueur à rue et R+1), 4 façades
1_2_3
Gabarit 2 (longueur à rue et R+1), 2 façades
1_3_1
Gabarit 3 (largeur à rue et R+1/2), 4 façades
1_3_3
Gabarit 3 (largeur à rue et R+1/2), 2 façades
1_4_1
Gabarit 4 (largeur à rue et R+1), 4 façades
1_4_3
Gabarit 4 (largeur à rue et R+1), 2 façades
1_5_3
Gabarit 5 (largeur à rue et R+2), 2 façades
1_6_3
Gabarit 6 (largeur à rue et R+3), 2 façades
Tableau 27 : Niveaux de performances énergétiques testés pour valider l’extrapolation
Niveaux de performances testés pour valider l’extrapolation linéaire
a_a_a_1_1
0 cm dans la dalle et dans le mur plein, 0 cm dans la toiture, SV et ventilation A
b_b_f_2_1
3 cm dans la dalle et dans le mur plein, 16 cm dans la toiture, DVA et ventilation A
i_q_k_5_2
Niveau PEB – cas référent
e_e_e_3_2
15 cm dans la dalle et dans le mur plein, 15 cm dans la toiture, DVP et ventilation C
h_h_j_4_3
30 cm dans la dalle et dans le mur plein, 35 cm dans la toiture et TV et ventilation D
Pour les autres paramètres, nous avons considéré un thermostat de 20°C avec la
réduction à 16°C en l’absence des occupants et pendant la nuit et l’orientation de base
soit la façade à rue au Nord.
Après analyse des résultats, voir Tableau 28, Figure 45 et suivants, on remarque aisément
que le besoin de chauffe déterminé en kWh pour une année complète suit une
progression linéaire suivant la surface de logement habitable envisagé et ce peu importe
le gabarit ou encore le niveau de performance énergétique étudié.
En effet le coefficient de détermination R² est toujours égal à 1. On peut donc calculer le
coefficient angulaire m et l’ordonnée à l’origine p pour chaque cas. En comparant le
besoin de chauffe obtenu par simulation et celui obtenu suite à l’extrapolation, on
observe que l’écart reste toujours inférieur à 1% à nouveau peu importe le gabarit ou le
niveau de performance énergétique testé.
En conclusion, on peut valider ce système d’extrapolation ce qui permet de réduire la
taille de la base de données « bâtiments ». Au lieu d’avoir le nombre de cas possibles fois
le nombre de tailles possibles, on n’y retrouvera plus que le m et le p pour chaque cas.
Cela permet de tester n’importe quelle taille au niveau du site. L’utilisateur pourra entrer
n’importe quel nombre entier compris dans un intervalle à déterminer, (par ex. de 25m² à
300m²) pour couvrir à la fois les petits appartements et les grandes villas en milieu rural.
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103
Tableau 28 : Comparaison des besoins de chauffe suivant la simulation et après l’extrapolation
pour une maison de gabarit 1 en 4 façades
Gabarit 1 (longueur à rue et R+1/2), 4 façades
CAS
a_a_a_1_1
b_b_f_2_1
1_1_1
i_q_k_5_2
e_e_e_3_2
h_h_j_4_3
Taille
[m²]
Besoin de
chauffe
annuel suivant
la simulation
[kWh]
70
30698
96
40044
126
50611
50642
0.06%
70
8346
8361
0.18%
96
10639
10610
0.27%
126
13193
13206
0.10%
70
4863
4871
0.15%
96
6261
6247
0.22%
126
7828
7835
0.08%
70
3403
3408
0.17%
96
4406
4395
0.25%
126
5528
5533
0.09%
70
1691
1694
0.23%
96
2103
2096
0.34%
126
2555
2558
0.13%
m
355.5
86.5
52.9
37.9
15.4
p
R²
5849
1
2305
1
1166
1
753
1
615
1
Besoin de
chauffe annuel
suivant
l’extrapolation
[kWh]
Ecart
30734
0.12%
39977
0.17%
Besoin de chauffe annuel [kWh]
Gabarit 1 - 4 façades
50000
40000
NI - SV
30000
3 cm - DVA
PEB
20000
15 cm - DVP
10000
30 cm - TV
0
60
80
100
Surface [m²]
120
Figure 45 : Variation du besoin de chauffe annuel déterminé par simulation de 3 tailles, en
ordonnée [kWh] suivant la surface du logement, en abscisse [m²] pour des niveaux de
performances progressifs d’une maison de gabarit 1 en 4 façades
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104
Tableau 29 : Comparaison des besoins de chauffe suivant la simulation et après l’extrapolation
pour la maison de gabarit 1 en 2 façades
Gabarit 1 (longueur à rue et R+1/2), 2 façades
CAS
a_a_a_1_1
b_b_f_2_1
1_1_3
i_q_k_5_2
e_e_e_3_2
h_h_j_4_3
Taille
[m²]
Besoin de
chauffe
annuel suivant
la simulation
[kWh]
70
21524
96
28282
126
35983
35997
0.04%
70
4038
4046
0.19%
96
5088
5073
0.29%
126
6253
6259
0.11%
70
2484
2487
0.13%
96
3185
3179
0.19%
126
3975
3978
0.07%
70
1701
1703
0.15%
96
2201
2196
0.22%
126
2762
2765
0.08%
70
741
743
0.22%
96
889
886
0.34%
126
1051
1052
0.13%
m
258.2
39.5
26.6
19.0
5.5
p
3469
1279
623
376
355
R²
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
Besoin de
chauffe annuel
suivant
l’extrapolation
[kWh]
Ecart
21540
0.07%
28252
0.11%
Besoin de chauffe annuel [kWh]
Gabarit 1 - 2 façades
50000
40000
NI - SV
30000
3 cm - DVA
20000
PEB
10000
15 cm - DVP
30 cm - TV
0
60
80
100
Surface [m²]
120
Figure 46 : Variation du besoin de chauffe annuel déterminé par simulation de 3 tailles, en
ordonnée [kWh] suivant la surface du logement, en abscisse [m²] pour des niveaux de
performances progressifs d’une maison de gabarit 1 en 2 façades
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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105
Tableau 30 : Comparaison des besoins de chauffe dus à la simulation et après l’extrapolation
Taille
[m²]
CAS
a_a_a_1_1
b_b_f_2_1
1_2_1
i_q_k_5_2
e_e_e_3_2
h_h_j_4_3
a_a_a_1_1
b_b_f_2_1
1_2_3
i_q_k_5_2
e_e_e_3_2
h_h_j_4_3
a_a_a_1_1
b_b_f_2_1
1_3_1
i_q_k_5_2
e_e_e_3_2
h_h_j_4_3
a_a_a_1_1
b_b_f_2_1
1_3_3
i_q_k_5_2
e_e_e_3_2
h_h_j_4_3
96
126
160
96
126
160
96
126
160
96
126
160
96
126
160
96
126
160
96
126
160
96
126
160
96
126
160
96
126
160
52
72
95
52
72
95
52
72
95
52
72
95
52
72
95
52
72
95
52
72
95
52
72
95
52
72
95
52
72
95
Besoin annuel
suivant la
simulation
[kWh]
46871
58661
71759
13889
17041
20504
7990
9882
11970
5664
7020
8514
2756
3324
3943
31957
40252
49535
6793
8248
9843
4091
5036
6082
2861
3536
4281
1206
1418
1646
25864
34466
44215
7613
10062
12819
4399
5851
7492
3067
4110
5291
1628
2107
2640
14415
19348
25012
2277
2981
3791
1452
1937
2501
949
1288
1682
423
515
619
m
Besoin annuel
suivant
l’extrapolation
[kWh]
p
388.8
9590
103.3
3989
62.2
2031
44.5
1398
18.5
981
274.6
5613
47.6
2228
31.1
1109
22.2
735
6.9
550
426.7
3700
121.0
1329
71.9
665
51.7
381
23.5
407
246.4
1602
35.2
445
24.4
182
17.1
61
4.6
186
46915
58579
71798
13907
17007
20520
7999
9864
11978
5671
7007
8520
2760
3316
3946
31977
40215
49552
6802
8231
9851
4095
5028
6086
2864
3530
4284
1208
1414
1647
25888
34421
44235
7623
10044
12828
4404
584
7496
3070
4104
5293
1631
2102
2643
14417
19345
25013
2277
2981
3791
1451
1939
2500
948
1289
1681
423
515
620
Ecart
moyen
0.10%
0.14%
0.12%
0.13%
0.17%
0.06%
0.14%
0.10%
0.12%
0.18%
0.09%
0.12%
0.10%
0.10%
0.18%
0.01%
0.00%
0.06%
0.06%
0.04%
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
106
Tableau 30-suite : Comparaison des besoins de chauffe dus à la simulation et après l’extrapolation
CAS
a_a_a_1_1
b_b_f_2_1
1_4_1
i_q_k_5_2
e_e_e_3_2
h_h_j_4_3
a_a_a_1_1
b_b_f_2_1
1_4_3
i_q_k_5_2
e_e_e_3_2
h_h_j_4_3
a_a_a_1_1
b_b_f_2_1
1_5_3
i_q_k_5_2
e_e_e_3_2
h_h_j_4_3
a_a_a_1_1
b_b_f_2_1
1_6_3
i_q_k_5_2
e_e_e_3_2
h_h_j_4_3
Taille
[m²]
72
95
121
72
95
121
72
95
121
72
95
121
72
95
121
72
95
121
72
95
121
72
95
121
72
95
121
72
95
121
96
121.5
150
96
121.5
150
96
121.5
150
96
121.5
150
96
121.5
150
128
162
200
128
162
200
128
162
200
128
162
200
128
162
200
Besoin annuel
suivant la
simulation
[kWh]
40385
51189
63277
12894
16166
19824
7362
9283
11431
5209
6586
8130
2695
3336
4042
21520
27475
34251
4015
4993
6109
2481
3136
3886
1679
2139
2663
700
833
983
25399
31135
37446
5890
7083
8372
3427
4153
4944
2330
2833
3378
994
1145
1305
31445
38193
45574
8350
9933
11629
4686
5605
6598
3200
3827
4501
1350
1536
1728
m
p
467.1
6773
141.4
2720
83.0
1389
59.6
919
27.5
721
259.8
2804
42.7
936
28.7
416
20.1
232
5.8
286
223.1
4002
46.0
1485
28.1
734
19.4
470
5.8
443
196.2
6359
45.5
2534
26.6
1292
18.1
891
5.2
682
Besoin annuel
suivant
l’extrapolation
[kWh]
40406
51150
63295
12901
16153
19830
7366
9276
11434
5211
6582
8132
2699
3330
4044
21512
27489
34244
4013
4996
6107
2480
3139
3885
1678
2140
2663
700
833
983
25416
31104
37461
5897
7069
8379
3430
4147
4947
2333
2828
3381
996
1142
1307
31472
38143
45598
8362
9910
11640
4691
5594
6604
3204
3819
4505
1353
1531
1730
Ecart
moyen
0.05%
0.05%
0.05%
0.04%
0.12%
0.03%
0.04%
0.06%
0.04%
0.01%
0.07%
0.14%
0.10%
0.13%
0.18%
0.09%
0.16%
0.13%
0.15%
0.21%
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
107
5.4.2.Exploitation de la base de données
Pour conclure cette approche méthodologique de modélisation et simulation afin de
créer la base de données « bâtiment », nous allons faire un premier pas plus loin de
manière à envisager sa mise en forme et son exploitation au niveau de l’outil internet.
Ainsi, le site internet sur lequel l’utilisateur pourra évaluer son logement ou son quartier
devra contenir une ou plusieurs bases de données. En effet, on part du principe que la
multiplication du besoins de chauffe par les coefficients applicatifs ayant trait au climat
(commune), au quartier et au système de chauffe se fera au niveau du site sur le moment
même tout comme la prise en compte de la taille du logement. Cela permet de limiter la
base de donnés « bâtiment » et donc d’accélérer le temps de recherche du cas testés.
La base de données « bâtiment » se présentera donc comme suit : elle prendra la forme
d’un tableur dont la première colonne reprendra la liste des cas possibles sous la forme du
code à chiffres et lettres que nous avons explicité plus avant. La deuxième colonne
reprendra le coefficient m et la troisième le coefficient p permettant de définir le besoin
de chauffe. Les colonnes suivantes détermineront les consommations liées à la ventilation.
Le déroulement du questionnaire et l’ordre des choix de paramètres, se fera de la même
manière que dans le projet SAFE c’est-à-dire que l’on retrouvera des questions relative à la
situation géographique, commune et quartier, au début de l’évaluation pour que ces
choix soit communs à l’évaluation transport et logement. Ensuite l’évaluation du logement
se fera en deux temps de manière à ne pas multiplier les pages de choix et ainsi ne pas
lasser l’utilisateur. On retrouvera dans un premier temps les choix à faire quant à la
typologie de l’habitation : type de logement, gabarit, taille, mitoyenneté, orientation et
année de construction ou performance. Ainsi la performance énergétique du bâtiment
est estimée pour la page suivante. Et dans un deuxième temps l’utilisateur remplira les
questions nécessaires à préciser ou établir celle-ci : isolation, vitrage, (ventilation), système
de chauffe et thermostat.
Lorsque l’utilisateur rempli l’évaluation, chaque choix de sa part fait correspondre un
chiffre ou une lettre qui construit question à question le code du cas qui est testé. Ce
code permet de faire référence au paramètre m qui multiplié par la taille et additionné
au paramètre p correspondant donnera le besoin de chauffe annuel total du logement
analysé. Celui-ci est alors préciser au moyen des coefficients applicatifs pour arriver à la
consommation totale annuelle d’énergie pour chauffer le logement. Une fois cette
dernière divisée par la surface habitable du bâtiment choisi on obtient et présente
également la consommation par m² à l’utilisateur du site qui teste son logement ou son
quartier.
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
108
6. Phase II : Volet « transport »
6.1. Introduction, objectifs et approche adoptée
Dans le projet SAFE, une méthode d’évaluation énergétique des déplacements des
occupants d’un bâtiment ou d’un quartier a été développée (voir notamment Marique et
Reiter (2010) et Marique et Reiter (2012) pour les détails méthodologiques) puis appliquée,
de façon systématique à l’ensemble du territoire wallon (voir Marique et al. (2013a) et
Marique et al. (2013b) pour investiguer notamment les liens entre forme urbaine,
localisation et consommations énergétiques liées aux déplacements des personnes.
L’indice de performance des déplacements (qui quantifie en kWh par personne et par
trajet les consommations énergétiques relatives au déplacement d’une personne, selon
son lieu de résidence) développé dans ce cadre est mobilisé dans les outils d’évaluation
« rapide » et « quartier ». La méthodologie développée est mobilisée dans l’outil
d’évaluation détaillée. Ces développements constituent toujours le corps de l’outil SOLEN
mais seront enrichis, adaptés et complétés pour améliorer l’outil et répondre à de
nouveaux besoins
Dans les sections suivantes, un bref rappel des choix opérés dans l’outil interactif SAFE est
donc proposé, pour chacun des trois outils d’évaluation. Des améliorations, compléments
et mis à jour sont ensuite proposés, outil par outil. Ces propositions devront faire l’objet
d’une validation lors du prochain comité d’accompagnement de la recherche SOLEN (en
août 2013).
Cette approche est justifiée par un souci d’efficacité et d’opérationnalité. Il s’agit donc
d’abord réaliser les développements nécessaires à la mise à jour et aux compléments de
l’outil interactif, puis de les investiguer en profondeur (notamment via de nombreuses
variations paramétriques) et de les valoriser dans des publications scientifiques. Cette
approche, inverse de celle développée dans SAFE (où les développements scientifiques
ont été largement investigués et publiés avant d’être implémentés dans l’outil) est
motivée par le délai réduit du projet SOLEN (deux ans) et permettra d’utiliser au mieux les
quatre mois dédié au graphisme et aux développements des outils de calculs du site.
6.2. Dans l’outil d’évaluation rapide
6.2.1.
Dans l’outil SAFE
Dans l’outil SAFE, le formulaire relatif à l’évaluation rapide est extrêmement simplifié de
façon à pouvoir dresser une première évaluation énergétique des déplacements des
personnes rapidement et sans demander trop de données d’entrée à l’utilisateur. Seules
la commune de résidence et l’ancienne commune doivent être complétées dans le
formulaire ad hoc. Sur cette base, l’outil SAFE propose une série d’indicateurs
(consommation énergétique pour une personne et un déplacement, consommations
annuelles pour les déplacements d’un ménage type, distance parcourues et répartition
modale) basés sur la méthode et l‘indice de performance dont il a été question ci-dessus.
Ces indicateurs sont comparés à la moyenne régionale de façon à permettre de situer les
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
109
« performances » des choix résidentiels de l’utilisateur dans un contexte plus large. Ces
développements ne concernent que deux motifs de transport (le travail et l’école) et sont
basés sur des données relativement anciennes (enquête socio-économique de 2001) car
c’est la seule base de données complètes qui est disponible.
6.2.2.
Compléments proposés dans SOLEN
Dans le cadre de l’outil SOLEN, les précédents développements sont maintenus à titre
indicatif car ils ont l’intérêt de couvrir l’ensemble du territoire wallon de façon uniforme et
ainsi de permettre la comparaison de l’impact de différentes localisations résidentielles sur
les consommations énergétiques pour les déplacements domicile-travail et domicileécole.
Les compléments apportés dans le cadre de SOLEN consistent principalement à
contourner deux limites intrinsèques à la méthodologie utilisée dans l’outil SAFE : seuls les
déplacements domicile-travail et domicile-école sont considérés et les données sont
relativement anciennes.
Dans la version mise à jour de l’outil, le formulaire d’évaluation rapide comprendra un
champ de plus qui permettra à l’utilisateur de mentionner le nombre de kilomètres
parcourus par lui ou l’ensemble de son ménage annuellement et par mode de transport.
Ce type de données est facilement connue des utilisateurs (sur base du compteur de la
voiture, de distances moyennes, etc.). Sur base de l’application de la méthode SAFE, il
sera alors possible d’obtenir une donnée actualisée des consommations énergétiques des
déplacements de l’utilisateur ou de son ménage pour l’ensemble de leurs motifs de
déplacements.
L’indice de performance tel qu’introduit dans SAFE et calculé, secteur statistique par
secteur statistique, sur base des données de l’enquête socio-économique de 2001, sera
par ailleurs mis à jour dans le cadre de SOLEN et utilisé à titre comparatif, pour donner, en
complément des résultats basés sur les données entrées par l’utilisateur une moyenne
régionale et locale (à l’échelle de la commune et/ou de l’ancienne commune de
l’utilisateur). Cette mise à jour est réalisée sur base des équations suivantes (pour les
déplacements domicile-travail et pour les déplacements scolaires) établies par Marique
(2013). Elles permettent de calculer la variation de l’indice de performance en fonction
des paramètres explicatifs principaux et ont été établies sur base d’analyses statistiques
(régressions multi-variées) des données de l’enquête socio-économique de 2001. Pour
effectuer la mise à jour, on postulera que les deux relations liant indice de performance
des déplacements et facteurs explicatifs principaux restent constantes dans le temps. Une
mise à jour de ces facteurs explicatifs (densité nette de logements, mixité fonctionnelle et
emploi à 10 kilomètres pour les déplacements domicile-travail ; densité nette de
logements, parts des modes doux et accessibilité scolaire pour les déplacements
scolaires) permettra ainsi de mettre à jour les indices de performance des déplacements.
(2) IPE (travail) = 1,471 – 0,099*(ln densité) – 0.296*(ln mixité) – 0.379*(ln emploi 10km)
(3) IPE (école) = 1,264+ β1*(ln densité) – 0,498*(ln modes doux) – 0,008*(ln accessibilité
scolaire)
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
110
6.3. Dans l’outil d’évaluation détaillée
6.3.1.
Dans l’outil SAFE
Dans l’outil d’évaluation détaillée, le formulaire relatif au transport est très complet. Il
permet à l’utilisateur de renseigner précisément le mode de transport utilisé (jusqu’à deux
modes de transport sont paramétrables pour un seul trajet), le covoiturage éventuel, les
performances du véhicule, les fréquences de déplacements et les distances parcourues
pour les déplacements domicile-travail et domicile-école. Cette évaluation est donc très
précise puisqu’entièrement paramétrable.
6.3.2.
Compléments proposés dans SOLEN
Dans l’outil SOLEN, cette démarche générale complète et précise est maintenue mais
étendue à l’ensemble des motifs de déplacement d’un ménage ou d’un utilisateur, sans
devoir obligatoirement spécifier les caractéristiques des trajets, motifs par motif. Cette
amélioration permettra notamment de prendre en compte de nouveaux motifs de
déplacements (commerces, loisirs, etc.) mais aussi de prendre en compte les « chaînes de
déplacements » (combinaison de plusieurs motifs au sein d’un même trajet) de plus en
plus nombreuses dans le contexte actuel.
Les indices de performance des déplacements, mis à jour tel que proposé dans la section
6.2.2 seront également proposés en complément des évaluations basées sur les données
renseignées par l’utilisateur.
6.4. Dans l’outil d’évaluation d’un quartier
6.4.1.
Dans l’outil SAFE
L’évaluation énergétique des déplacements, à l’échelle d’un quartier, est basée, dans
l’outil SAFE sur les mêmes méthodes et procédures que dans l’outil d’évaluation rapide.
Les résultats individuels sont agrégés à l’échelle du quartier, en fonction du nombre de
travailleurs et du nombre d’écoliers. Cette évaluation présente donc les mêmes
avantages et les mêmes inconvénients que ceux rappelés dans la section 6.2.1.
6.4.2.
Compléments proposés dans SOLEN
L’approche adoptée dans SOLEN pour l’évaluation énergétique des déplacements à
l’échelle d’un quartier diffère assez nettement de celle proposée dans SAFE et lui est
fortement complémentaire. En plus de l’actualisation des indices de performance, selon
les modalités présentées ci-dessus, il nous semble, en effet, opportun de travailler
également sur base de la notion d’ « accessibilité », dans une démarche plus prospective
qui permettra notamment d’évaluer et de comparer les avantages de différents sites en
termes d’accessibilité, et donc en termes de parts modales attendues et de distances
parcourues, considérant par exemple qu’un bon indice de mixité fonctionnelle dans un
rayon limité autour des limites d’un site encourage un recours accru aux modes doux et
des distances à parcourir plus faibles.
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
111
Les indicateurs qui sont considérés dans cette approche sont :

L’accessibilité à une gare : en cohérence avec le référentiel « quartiers durables »
développé par Marique et al. (2013d) pour le Ministre wallon de l’Environnement,
de l’Aménagement du Territoire et de la Mobilité, l’accessibilité à une gare est
mesurée en fonction de la proximité entre le quartier à la gare, modulée par
l’importance et la fréquence de desserte de la gare. Trois classes d’accessibilité en
train sont identifiées. Dans la première, sont considérés les quartiers (ou les pixels de
10 mètres sur 10) situés à moins de 2.000 mètres d’une gare IC ou à moins de 1.000
mètres d’une gare locale. Dans la seconde classe de densité, sont considérés les
quartiers (ou les pixels de 10 mètres sur 10) situés à une distance comprise entre
2.000 et 5.000 mètres d’une gare IC ou entre 3.000 et 1.000 mètres d’une gare
locale. La troisième classe d’accessibilité comprend les quartiers (ou pixels de 10
mètres sur 10) situés à une distance plus importante des gares.
Figure 47 : Accessibilité à la gare, selon le référentiel « quartiers durables » (Marique et al, 2013)

L’accessibilité aux bus, tram et métro provient également du référentiel « quartiers
durables ». Elle dépend de la fréquence de desserte dans un périmètre limité
autour des limites du (nouveau quartier). La classe d’accessibilité 1 comprend les
quartiers (ou pixels de 10 mètres sur 10) autour desquels, dans un périmètre de 600
mètres, on trouve une desserte en bus minimale journalière (jour ouvrable) de 34
passages (les deux sens confondus). La classe d’accessibilité 2 comprend les
quartiers (ou pixels de 10 mètres sur 10) autour desquels, dans un périmètre de 600
mètres, on trouve une desserte en bus minimale journalière (jour ouvrable) de 16
passages (les deux sens confondus). La classe d’accessibilité 3 comprend les
quartiers (ou pixels de 10 mètres sur 10 mètres), autour desquels, dans un périmètre
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
112
de 600 mètres, la desserte en bus est inférieur à 16 passages par jour.
Figure 48 : Accessibilité en bus, tram et métro, selon le référentiel « quartiers durables » (Marique
et al. 2013)


Le relief est un élément important à considérer en ce qui concerne la part
attendue des modes doux. Pour évaluer cet indicateur, nous nous baserons sur les
travaux de Jean-Marc Lambotte pour la Conférence Permanente du
Développement Territorial (voir notamment http://cartocit1.wallonie.be/cpdt/#).
Qui ont développés des cartes d’accessibilité (au lieu de résidence et au lieu de
travail) relatives aux modes doux sur l’ensemble du territoire wallon. L’objectif de
ces cartes est d’identifier les lieux où il existe une bonne accessibilité par les modes
alternatifs à la voiture et de les distinguer de ceux où il existe une forte
dépendance à l’égard de celle-ci. L’accessibilité mesurée tient compte de l’offre
en bus, en train et de la facilité à se déplacer en vélo et à pieds. Parmi les
hypothèses utilisées pour ce qui concerne les modes doux, la densité de
population et une fonction basée sur la probabilité de se déplacer uniquement à
pied ou à vélo, en fonction notamment de la distance et du relief, sont utilisées.
C’est cette fonction qui sera utilisée ici et définira trois classes principales
d’accessibilité piétonne et vélos.
La mixité fonctionnelle est un indicateur qui a un pouvoir explicatif très fort sur la
variation des consommations énergétiques pour les déplacements et de leurs
caractéristiques (distances, par modales) comme mis en évidence pour la
Wallonie, par Marique (2013). La mixité fonctionnelle est appréhendée ici sur base
des travaux de Dujardin et al. (2010). Elle est définie, sur des pixels de 10 * 10
mètres, sur base de la cartographie de l’occupation du sol wallon (COSW) et
pondéré selon la proximité entre les activités. 45 classes de mixité fonctionnelle, de
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
113

la plus faible à la plus élevée sont ainsi identifiables. Ces classes seront agrégées
en 5 classes principales de mixité fonctionnelle.
La densité nette de logements (nombre d’habitants par hectare urbanisé) est
également un facteur explicatif fort de la variation des comportements et des
consommations énergétiques pour les déplacements des personnes. Elle est
calculée sur base du PLI et des données INS. Les dix classes de densité proposées
dans le cadre de la définition d’une typologie des quartiers sont agrégées en 7
classes principales (voir chapitre 3.2).
La combinaison de ces indicateurs et de leurs classes principales (moyennant
modifications éventuelles proposée lors de prochain comité d’accompagnement)
donne lieu à l’identification de (3 * 3 * 3 * 5 * 7) = 945 valeurs représentatives de
l’accessibilité globale, selon les 5 indicateurs considérés. Ces 945 classes seront
ultérieurement agrégées en un nombre plus restreint de classes principales
d’accessibilité, de façon à faciliter la représentation graphique et l’interprétation des
résultats. De cette façon, chaque carré de 10 pixels sur 10 du territoire wallon sera
caractérisé par une valeur qui permettra de quantifier son accessibilité globale (train +
bus + modes doux + mixité + densité) et de la comparer à d’autres portions du
territoire.
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
114
7. Phase II : Volet « énergies renouvelables »
7.1. Introduction
L’un des principaux apports du projet de recherches SOLEN est d’aborder et de quantifier
les potentiels en énergies renouvelables de différents types, à l’échelle du bâtiment et à
l’échelle du quartier. L’approche « énergies renouvelables » poursuit un triple objectif :

Développer des recherches relatives à l’impact de la forme urbaine sur le potentiel
en énergies renouvelables de différents types

Développer une série de fiches pratiques « informatives » qui nourriront la section
« fiches pratiques » de l’outil interactif SOLEN et permettront à ses utilisateurs de

trouver de nombreuses informations relatives à ces énergies
Développer des méthodes de quantification et des résultats chiffrés qui pourront

être utilisés directement dans les outils d’évaluation de l’outil SOLEN
Développer un cadre général pour l’étude du « quartier zéro-énergie »
Le présent chapitre aborde essentiellement les travaux et avancées engrangées, en ce
qui concerne les trois premiers points. Les deux derniers points font l’objet d’un chapitre
séparé (chapitre 8) car ils relèvent d’une approche systémique globale et sont
intrinsèquement liés à de nombreuses autres notions abordées dans le cadre de la
recherche SOLEN.
7.2. Identification du potentiel solaire
7.2.1.
Objectifs et logiciel
Les recherches relatives à l’impact de la forme urbaine sur le potentiel en énergies
renouvelables se sont essentiellement concentrées sur le potentiel solaire, à l’échelle du
quartier. Cet indicateur a, en effet, un impact direct et important sur les besoins en
chauffage et en refroidissement d’un bâtiment, sur ses apports en lumière naturel et sur le
potentiel valorisables via des systèmes photovoltaïques ou thermiques.
Pour investiguer cet indicateur, les quartiers-types sélectionnés dans le cadre de
l’élaboration d’une typologie des quartiers wallons (voir chapitre 3.2) ont été modélisés
dans un modeleur tridimensionnel (sketchup) puis exporter au format dfx de façon à
pouvoir être importés dans le logiciel Townscope et permettre leur analyse. Le logiciel
Townscope a été développé par Teller et Azar (2001), dans le cadre du projet de
recherches POLIS. Il s’agit d’un logiciel d’analyse du gisement solaire qui constitue un outil
d’aide à la décision en matière de développement urbain durable. Le logiciel permet
d’évaluer le rayonnement solaire direct et diffus d’espaces ouverts, sur base de modèles
tridimensionnels.
Les calculs effectués dans le logiciel Townscope sont basés sur des projections
stéréographiques solaires, réalisées en chacun des points d’études sélectionnés. Ces
projections stéréographiques comprennent les tracés des parcours solaires et des heures
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
115
solaires et les masques environnants (bâtiments). Il est donc possible d’identifier très
rapidement quelles sont les heures potentielles d’ensoleillement en un point et de mesurer
l’influence des masques pour différents scénarios. Les valeurs annuelles d’ensoleillement
sont obtenues en multipliant, pour chaque mois, les durées d’ensoleillement calculées
pour une journée de référence de ce mois par le nombre de jours que compte ce mois et
de sommer les résultats obtenus pour les douze mois de l’année. Les valeurs obtenues
représentent l’ensoleillement maximum théoriquement enregistrable sous la latitude
considérée (Bruxelles) sur les façades, les toitures des bâtiments ou au sol. L’analyse des
résultats proposés se fait par comparaison avec une situation de référence (le site vierge
ou le quartier en l’état existant), ce qui permet de quantifier la perte effective
d’ensoleillement « avant » et « après » intervention. Les résultats obtenus pourraient
également être exploités afin de déterminer un potentiel photovoltaïque ou solaire
thermique, moyennant un calibrage des données fournies par le logiciel.
Les calculs sont effectués dans l’hypothèse d’un ciel serein (ce qui maximise l’impact des
masques considérés). Tous les calculs sont réalisés en heures solaires vraies, ce qui signifie
que le soleil est au zénith à midi. L’impact de la végétation n’est pas considéré.
7.2.2.
Méthode
Trois cents à cinq cents points sont d’abord répartis, de façon aléatoire, sur les façades et
les toitures de chacun des quartiers-types modélisés en trois dimensions.
Figure 49 : Répartition aléatoire de 300 à 500 points d’analyse sur les toitures et les façades de
chaque quartier-type.
Le gisement solaire est ensuite calculé par le logiciel Townscope, d’abord en site vierge
(de façon à fournir une valeur de référence) puis en site urbanisé. La différence entre ces
deux valeurs permet de quantifier, pour chacun des points d’analyse et/ou au total sur
l’ensemble d’un quartier la perte d’ensoleillement due à l’urbanisation (notamment aux
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
116
ombres portées entre les bâtiments, dans les contextes denses, qui empêchent le
rayonnement solaire d’atteindre certains points à certaines heures de la journée).
7.2.3.
Principaux résultats
La figure suivante présente un des résultats principaux des premières simulations qui ont
été proposées. Elle quantifie la perte d’ensoleillement relative à quatre jours-types (15
mars, 15 juin, 15 septembre, 15 décembre). La tendance est à la perte d’ensoleillement
avec l’augmentation de la densité bâtie, à l’exception des classes 5 et 6, où des
configurations morphologiques qui restent peu dense favorisent un accès solaire
important.
Figure 50 : Perte d’ensoleillement (uniquement en toiture) dans les quartiers-types relatifs des 9
classes de densité supérieure (le calcul n’ayant pas été réalisé dans le quartier de classe 1 qui
s’apparente à un bâtiment isolé) pour un jour de référence en mars, en juin, en septembre et en
décembre.
7.2.4.
Valorisation et perspectives
Ces résultats, et ceux obtenus pour les façades des bâtiments des différents quartierstypes, seront directement valorisés dans l’outil interactif SOLEN. Ils vont permettre de
définir, pour chaque type de quartier, un facteur d’ombrage caractéristique, à appliquer
aux consommations et besoins énergétiques. Ces résultats seront également valorisés,
selon la méthode proposée dans le chapitre suivant (sections 8.1.3.1 et 8.1.3.2) dans
l’évaluation énergétique du potentiel en énergies solaires photovoltaïque et thermique.
La méthode proposée ci-dessus, les résultats de son application aux quartiers-types et ses
principales valorisations feront par ailleurs prochainement l’objet d’un article scientifique.
7.3. Avancement concernant les autres types d’énergies
renouvelables
D’autres types d’investigations relatives à de nombreux types d’énergies renouvelables
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
117
sont en cours d’étude dans le cadre de la recherche SOLEN. Penders (2013) a notamment
investigué en profondeur l’intérêt et les potentialités des énergies photovoltaïque, solaire
thermique, éolienne, biomasse et cogénération, de façon théorique puis appliquée. Ces
enseignements seront ultérieurement capitalisés dans le cadre de la recherche, et
notamment mobilisés lors de la rédaction des fiches pratiques qui compléteront l’outil
SOLEN.
Remarquons aussi que des méthodes d’évaluation du potentiel en énergies renouvelables
de différents types ont été esquissées. Les premières méthodes qui ont été validées sont
proposées dans le chapitre suivant, dédié à l’élaboration d’un cadre général pour l’étude
des quartiers « zéro-énergie ». D’autres méthodes seront ultérieurement développées pour
enrichir et compléter ce cadre général.
Les questions de la centralisation et de la décentralisation, des raccordements aux
réseaux et du stockage de l’énergie seront par ailleurs également investiguées dans le
cadre de la recherche.
Dix fiches pratiques relatives aux énergies renouvelables, au minimum, seront proposées
dans le cadre de l’outil SOLEN et concerneront notamment (1) une présentation générale
relative aux énergies renouvelables, (2) le solaire photovoltaïque, (3) le solaire thermique,
(4) l’éolien, (5) la biomasse, (6) les pompes à chaleur, (7) la cogénération, (8) la question
de la centralisation et de l’échelle d’intervention, (9) le stockage de l’énergie et (10) le
raccordement au réseau vs. l’autonomie énergétique.
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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118
8. Phase II : Cadre général pour l’étude des
quartiers « (très) basse énergie » et « zéro
énergie ».
8.1. Introduction
Ce chapitre vise essentiellement à synthétiser une série de méthodes et indicateurs
développés dans le cadre de la première année de recherches SOLEN et présentés dans
les premiers chapitres de ce rapport scientifique et technique ainsi qu’à les lier, dans une
approche systémique globale définissant le « quartier zéro-énergie ». Ces résultats ont fait
l’objet d’un article scientifique, accepté pour présentation orale lors de la prochaine
conférence PLEA (Passive and Low Energy Architecture), en septembre 2013, en
Allemagne.
8.2. Cadre conceptuel général
8.2.1.
Introduction
En première approche, le quartier « zéro-énergie » est défini, par analogie avec le
bâtiment « zéro-énergie », comme un quartier dans lequel les consommations annuelles
d’énergie primaire sont compensées par la production locale d’énergies renouvelables.
Conformément aux objectifs de la recherche SOLEN et aux premiers développements
proposés dans le cadre de ce rapport (voir notamment la section 2.2.6.2 relative à la
définition d’un premier cadre général), les consommations énergétiques considérées ici
sont celles relatives au bâtiment et à ses occupants (chauffage, ventilation,
refroidissement, auxiliaire, éclairage, cuisson et eau chaude sanitaire) et celles relatives
aux déplacements quotidiens des occupants, de façon à prendre en compte, dans la
balance, l’impact de la localisation des quartiers sur la génération de mobilité et les
consommations énergétiques qui y sont liées. Les sections suivantes présentent, poste par
poste, les méthodes d’évaluation énergétique développées pour permettre de dresser un
bilan « quartier zéro-énergie ». Ces méthodes sont ensuite appliquées à deux cas d’études
représentatifs, un quartier urbain et un quartier périurbain.
8.2.2.
Les consommations « bâtiments »
La méthode utilisée pour l’évaluation énergétique des consommations relatives au
chauffage et à la ventilation des bâtiments est basée sur les travaux précédents de
Marique (2013), Penders (2013) et sur la méthode présentée et utilisée dans le cadre de
l’outil interactif SOLEN (voir chapitre 5 du présent rapport). Elle combine une classification
typologique des bâtiments résidentiels wallons, des simulations thermiques dynamiques et
des traitements statistiques de données provenant des recensements de l’INS pour évaluer
les consommations énergétiques annuelles relatives au chauffage des bâtiments (ESH), au
refroidissement (ECO), à la ventilation (EV), aux appareils électriques (EA), à la cuisson (EC) et
à l’eau chaude sanitaire (EHW). Les consommations énergétiques à l’échelle du quartier
sont obtenues par agrégation des résultats individuels au prorata de la répartition de
chaque type de bâtiments dans le quartier, moyennant application d’un facteur
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
Anne-Françoise Marique, Simon Cuvellier, Tatiana De Meester, André De Herde et Sigrid Reiter
119
d’ombrage, selon le type de quartier dans lequel on se situe. Les hypothèses particulières
considérées dans le cadre du projet SOLEN pour le territoire wallon sont présentées dans
les sections suivantes.
L’ensemble des consommations évaluées ci-dessous sont converties en énergie primaire
dans le bilan final, en appliquant un facteur correctif aux consommations énergétiques.
Ce facteur vaut 1 pour les énergies fossiles et le gaz, 2,5 pour l’électricité et 1,8 pour
l’électricité hydroélectrique
8.2.2.1.
Le chauffage, la ventilation et le refroidissement des bâtiments
Dans le cadre du projet SOLEN, une typologie des bâtiments résidentiels wallons a été
établies, en se basant sur la mitoyenneté, la superficie bâtie, le nombre de niveaux, les
systèmes de chauffage et de ventilation, l’âge de la construction et les caractéristiques
de son enveloppe (voir notamment Marique et Reiter 2012 et Marique 2013 pour de plus
amples détails sur cette méthodologie). Trois catégories relatives aux caractéristiques
constructives de l’enveloppe des bâtiments sont considérées pour prendre en compte les
bâtiments construits selon des standards énergétiques plus ambitieux que l’actuelle
Directive PEB. Il s’agit des standards « basse énergie », « très basse énergie » et « passif »
pour lesquels les besoins en chauffage sont respectivement limités à 60, 30 et 15
kWh/m².an. De nombreux paramètres peuvent par ailleurs être adaptés pour prendre en
compte, par exemple, les éventuels travaux de rénovation entrepris par les ménages
(isolation du toit, remplacement des vitrages, changement des systèmes de chauffe et/ou
de ventilation, etc.). Les résultats (ESH et EV) des simulations de très nombreux types de
bâtiments (environ 180.000) sont conditionnés dans une large base de données. Dans ces
simulations, le climat de Bruxelles est utilisé et un facteur correctif basé sur les degrés jours
15/15 est appliqué pour prendre en compte la localisation du quartier sur le territoire
wallon. Les gains internes sont définis en fonction de la superficie habitable du bâtiment.
Le passage des besoins énergétiques aux consommations s’effectue par l’application
d’un coefficient qui dépend du type de système de chauffe et de son rendement
(Annexe I de la PEB). Les consommations relatives à la ventilation dépendent des
caractéristiques de l’enveloppe des bâtiments, selon les modalités présentées dans le
chapitre 5.
Les résultats individuels obtenus à l’échelle des bâtiments sont ensuite agrégés à l’échelle
du quartier, au prorata de la répartition de chaque type de bâtiments dans le quartier, et
moyennant pondération par le facteur d’ombrage caractéristique du quartier.
Les besoins en refroidissement ne sont pas considérés dans notre approche car ils restent
faibles en Belgique, au vu du climat tempéré qui y règne.
8.2.2.2.
L’eau chaude sanitaire
La consommation annuelle pour l’eau chaude sanitaire est obtenue en multipliant le
volume d’eau nécessaire annuellement par l’ensemble des habitants du quartier par la
différence en température entre l’eau chaude et l’eau froide et un facteur de conversion
de façon à obtenir des kWh. On considère, sur base de moyennes régionales, qu’un
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120
occupant utilise 40 litres d’eau chaude par jour et de 100 litres d’eau froide par jour. Les
températures de l’eau chaude et de l’eau froide sont respectivement fixées à 60°C et
10°C.
8.2.2.3.
Les appareils électriques et la cuisson
Ces deux postes énergétiques sont calculés sur base de statistiques régionales. L’ICEDD
(2008) estime ainsi que chaque ménage utilise 2.827kWh par an pour les appareils
électriques et 461kWh par an pour la cuisson.
8.2.3.
Les consommations « transport »
Les consommations annuelles pour les déplacements quotidiens des occupants (EDM) sont
évaluées grâce à l’indice de performance des déplacements développés par Marique et
al. (2013a et 2013b). Pour rappel, cet indice représente, en kWh par personne et par trajet,
la consommation moyenne d’un habitant d’une entité territoriale donnée. Cet indice
prend en compte les distances parcourues, les fréquences de déplacements et le mode
de transport utilisé et se formalise selon l’équation suivante, où i représente l’unité
territoriale considérée (le secteur statistique, l’ancienne commune ou la commune), m
représente le mode de transport, Dmi représente l’ensemble des distances parcourues par
les habitants de l’unité i grâce au mode de transport m, fm représente le facteur de
consommation attribué au mode m et Ti représente la population de l’unité territoriale i
considérée. Les facteurs de consommation suivants sont appliqués : 0,56
kWh/personne.km pour les voitures diesel, 0,60 kWh/p.km pour les voitures essence, 0,45
kWh/p.km pour le bus, 0,15 kWh/p.km pour le train et 0 pour le vélo et la marche à pied.
(4) IPE (i) = (∑m Dmi * fm) /Ti
Les consommations énergétiques annuelles, à l’échelle d’un quartier, sont obtenues en
multipliant l’indice de performance par le nombre total trajets parcourus par les habitants
du quartier sur une année (T).
(5) EDM = IPE * T
Les données utilisées pour calculer l’indice de performance et les consommations
annuelles pour les déplacements peuvent provenir de trois sources différentes : des
recensements existants (enquête socio-économique de l’INS), de valeurs moyennes
disponibles à une échelle territoriale donnée ou d’une enquête in situ dans les quartiers
soumis à évaluation. L’utilisation de ce dernier type de données est recommandée mais
nécessite des moyens importants. Dans le cadre de l’application illustrative à deux
quartiers, présentée dans la section 8.3, nous utiliserons les données de l’enquête socioéconomique 2001 à titre illustratif. Ces données et résultats pourront être mises à jour
ultérieurement conformément aux propositions présentées dans le chapitre 6.
Remarquons que ces données ne concernent que les déplacements domicile-travail et
domicile-école.
8.2.4.
Les énergies renouvelables
Pour l’instant, trois types d’énergies renouvelables sont considérées dans le bilan « quartier
zéro-énergie ». Les développements relatifs à de nombreuses autres sources d’énergies
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renouvelables et à la question de la centralisation / décentralisation de la production sont
en cours de développement (voir notamment Penders (2013). Ces développements
seront ultérieurement ajoutés aux présents travaux de façon à compléter et enrichir notre
cadre « quartier zéro-énergie ».
8.2.4.1.
Le solaire photovoltaïque
Le potentiel des quartiers en termes de production électrique via des panneaux
photovoltaïques est obtenu sur base de simulations réalisées à l’aide du logiciel
Townscope. Dans le cadre de SOLEN, seul le potentiel en toiture est considéré, compte
tenu de la faible efficacité des systèmes en façade dans un climat tel que le climat belge.
Le logiciel Townscope permet d’obtenir les rayonnements directs, diffus et réfléchis sur un
point ou une surface. Le logiciel considère toutefois une hypothèse de ciel serein qui n’est
pas représentatif du climat belge et tend à surestimer largement le potentiel existant. Les
résultats bruts issus de Townscope sont donc calibrés, sur base de l’ensoleillement moyen
(MSR = 1.000 kWh/m²) en Belgique et en appliquant un facteur de correction M qui
provient d’un ratio entre ensoleillement en site vierge et ensoleillement en site urbanisé. Un
facteur de correction F est ensuite appliqué pour prendre en compte l’orientation et
l’inclinaison des toitures (voir tableau suivant).
Tableau 31 : Facteur de correction F qui dépend de l’orientation et de l’inclinaison des toitures,
pour la Belgique
Orientation
Inclinaison de la toiture
0°
15°
25°
35°
50°
Est
0.88
0.87
0.85
0.83
0.77
Sud-est
0.88
0.93
0.95
0.95
0.92
Sud
0.88
0.96
0.99
1
0.98
Sud-ouest
0.88
0.93
0.95
0.95
0.92
Ouest
0.88
0.87
0.85
0.82
0.76
L’énergie solaire reçue par la surface considérée est alors obtenue grâce à l’équation
suivante :
(6) ESOL = MSR * F * M (en kWh/m².an)
La production annuelle d’électricité par des panneaux photovoltaïques installés en toiture
(EPV, en kWh) est obtenue grâce à l’équation suivante où S représente la surface des
toitures, C représente le pourcentage de ces toitures utilisé pour des panneaux
photovoltaïques (maximum 0,80), ŋpv représente l’efficacité des panneaux, ŋinv l’efficacité
de l’onduleur et ʎ un facteur de correction qui prend en compte les pertes électriques.
(7)
8.2.4.2.
EPV = ESOL * S * C * ŋpv * ŋinv * (1-ʎ)
Le solaire thermique
Le potentiel en termes de solaire thermique ne peut être évalué de la même façon car les
systèmes photovoltaïques et thermiques présentent des spécificités. Dans le cas du solaire
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122
thermique, l’énergie solaire reçue par les toitures est toujours obtenues par l’équation (6)
ci-dessus. L’équation suivante permet ensuite de déterminer si les toitures d’un bâtiment
ou d’un quartier sont adaptées à la production d’eau chaude sanitaire, via un système
solaire thermique. Dans cette équation, Esol représente l’énergie solaire reçue par les toits,
pondérées en fonction de l’orientation, l’inclinaison et les ombrages des toitures, S
représente la superficie des panneaux thermiques et ŋth leur efficacité. On considère içi
que 55% de la production d’eau chaude sanitaire du ménage ou de l’ensemble des
ménages du quartier doit être couverte par les panneaux thermiques (d’un point de vue
technico-économique, l’optimum se situe traditionnellement entre 50% et 60%). Dans ces
conditions, l’efficacité des panneaux équivaut à 0,35.
(8) ETH = Esol * S * ŋth
8.2.4.3.
L’éolien
Le calcul rapide (des analyses plus approfondies existent et pourraient être utilisées dans
la suite de la recherche, voir notamment Penders (2013) bien qu’en première approche,
le calcul simplifié proposé ici suffisse) utilisé pour évaluer la production annuelle
d’électricité provenant des éoliennes (EWT) consiste à multiplier la puissance nominale de
l’éolienne par le nombre d’heures de fonctionnement à cette puissance nominale, selon
l’équation suivante, où P représente la puissance nominale de l’éolienne et OH le nombre
d’heures de fonctionnement à cette puissance. OH est fixé à 1.000 heures pour une
éolienne de petite taille et compris entre 1.800 et 2.200 heures pour une éolienne offshore
de grande taille.
(9) EWT = P * OH
8.2.5.
Les bilans globaux
Le bilan annuel « zéro-énergie », à l’échelle du quartier, est alors obtenu grâce à
l’équation suivante
(10) ESH + ECL + EV + EA + EC + EDM + EHW – EPV – ETH – EWT =0
Pour rappel, les facteurs de conversion utilisés pour convertir les consommations et
productions diverses en énergie primaire valent 1 pour le gaz naturel et le pétrole, 2,5 pour
l’électricité et 1,8 pour l’électricité hydroélectrique.
Outre ce bilan annuel global, il est intéressant également d’investiguer les bilans mensuels,
selon une équation similaire où les consommations et productions annuelles sont
remplacées par les consommations et les productions mensuelles, pour chacun des mois
considérés. Cette approche, qui sera approfondie dans la suite de la recherche,
permettra notamment d’investiguer les décalages entre courbe de production et courbe
de consommation et la question de l’autonomie du bâtiment ou du quartier vs. le bilan
global « zéro-énergie ».
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123
8.3. Application à des cas d’études
8.3.1.
Introduction
La méthode globale présentée dans la section 8.2 a ensuite été appliquée à deux cas
d’études de façon à tester son intérêt et son applicabilité avant d’envisager une
systématisation sur un grand nombre de quartiers. Ces résultats (méthodes + applications)
ont notamment fait l’objet d’un article accepté pour présentation orale et publication
dans les actes de la conférence PLEA (Passive and Low Energy Architecture) 2013 (voir
Marique et al., 2013c).
8.3.2.
Présentation des cas d’études
Les deux cas d’études sélectionnés sont deux types de quartiers très communs en
Wallonie. Il s’agit d’un quartier dense de centre-ville et d’un quartier périurbain peu dense.
Ils présentent chacun approximativement le même nombre de bâtiments mais leur taux
d’occupation diffère significativement. On supposera, qu’en raison de leurs différences
marquées (voir tableau suivant), tant en termes de morphologie que d’occupation du sol
ou d’occupation, ces deux types de quartiers nécessitent des stratégies adaptées et
différenciées.
Le premier cas d’étude est un quartier dense de centre-ville (60 logements par hectare)
représentatif d’un ancien tissu industriel de centre-ville. Ce quartier est localisé à proximité
de nombreux services et commerces et très bien desservi en transport en commun. Les
bâtiments sont anciens et peu, ou pas, isolés car le quartier a été construit au 19ème siècle
et est maintenant occupé par des populations plutôt précarisées qui n’ont pas toujours les
moyens d’entreprendre des travaux de rénovation et d’isolation.
Figure 51 : le cas d’étude urbain : l’îlot Vivegnis dans le quartier Saint-Léonard à Liège
Le second cas d’étude est un quartier périurbain peu dense situé dans la périphérie
liégeoise (18 kilomètres de la gare des Guillemins). Il témoigne de l’étalement urbain qui a
touché nos territoires dans les années 60 à 90. La desserte en transports en commun est
très faible dans le quartier. Le quartier est composé de maisons unifamiliales, de type « 4
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124
façades » construite entre 1930 et 2010. Des travaux de rénovation ont parfois été
entrepris par les occupants.
Figure 52 : Le cas d’étude périurbain à Rotheux-Rimière (Neupré)
Tableau 32 : Principales caractéristiques des deux cas d’études
Case 1
Case 2
Type
Urbain
Périurbain
Surface
0,97 ha
12,02 ha
180 hab.
150 hab.
Population
Bâtiments
57
55
- « 4 façades »
7%
75%
-« 3 façades »
17,5%
19,6%
- « mitoyen «
75,5%
3,6%
0%
1,8%
60 log/ha
5 log/ha
29%
5%
- appartements
Densité
COS
8.3.3.
Résultats principaux et interprétation
Dans la situation actuelle, atteindre le bilan « zéro-énergie » à l’échelle du quartier n’est
pas possible, en particulier parce que les consommations liées au chauffage des
bâtiments sont très élevées (184 kWh/m².an dans le cas 1 et 235 kWh/m².an dans le cas 2).
Une différence nette peut être observée entre les besoins de chauffage des bâtiments du
quartier urbain et ceux du quartier périurbains car, dans le premier cas, la mitoyenneté
des formes bâties permet de minimiser ces besoins. Comme déjà mis en évidence dans la
littérature relative au bâtiment « zéro-énergie », atteindre un bilan annuel « zéro-énergie »
à l’échelle du quartier, implique nécessairement de réduire drastiquement au préalable
les besoins et les consommations d’énergie dans le bâtiment et pour le transport.
SOLEN : Rapport scientifique et technique n°1 (juin 2013)
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125
Atteindre le standard « basse énergie » au niveau bâtiment est recommandé, dans cette
optique.
Prod.
Consommation
Les consommations d’énergie pour le transport (qui sont ici partielles car nous n’avons
pour l’instant considéré que les déplacements domicile-travail et domicile-école) sont
également plus élevées dans le quartier périurbain en raison de distances parcourues plus
élevées et d’une plus grande part modale de la voiture individuelle. Favoriser le report
modal et les modes doux, favoriser le co-voiturage et intégrer progressivement des
véhicules électriques alimentés par de l’énergie « verte » sont des actions qui pourraient
utilement diminuer les consommations relatives à ce poste. Elles seront investiguées en
profondeur dans les variations paramétriques de la Phase III.
Cas 1
Cas 2
Chauffage et ventilation: ESH +Ev
1.421.694
2.754.341
(ESH +Ev – rénovation BE)
(463.596)
(703.236)
(ESH +Ev – rénovation passive)
(142.059)
(222.017)
Appareils électriques : EA
161.139
155.485
Cuisson : EC
26.277
25.355
Eau chaude: EHW
152.950
127.458
Mobilité : EDM
339.696
441.072
Photovoltaïque: EPV
139.945
314.669
Eau chaude (thermique): ETH
80.417
67.170
Eolienne: EWT
0
50.000
En ce qui concerne la production d’énergies renouvelables, la production photovoltaïque
est plus élevée en milieu périurbain car les obstructions sont moins nombreuses, du fait de
la plus faible densité bâtie. L’utilisation d’éoliennes n’est pas envisageable dans le quartier
de centre-ville en raison de sa densité. Dans le quartier périurbain, la production
d’électricité relative à l’implantation, en cœur d’îlot, d’une éolienne de petite taille peut
théoriquement atteindre 50.000kWh annuellement. La distance aux habitations existantes
est suffisante pour permettre cette implantation. Toutefois, la présence d’une éolienne en
cœur d’îlot empêche la densification ultérieure de cette maille périurbaine. De plus,
l’implantation et l’usage d’éoliennes posent une série de questions (nuisances, efficacité
réelle, etc.) qui seront investiguées dans la suite de la recherche.
8.4. Discussions et perspectives
L’avantage principal de travailler à l’échelle du quartier est la « mutualisation »
énergétique potentielle de la production d’énergies. Par exemple, si les panneaux
photovoltaïques sont localisés uniquement sur les toitures recevant plus de 90% du
rayonnement solaire maximal et si la production est mutualisée à l’échelle du quartier,
l’efficacité des systèmes (kWh produit par m² de panneaux) est optimisée et augmente de
10,7% dans le cas 1 et de 5% dans le cas 2. La même quantité d’électricité pourrait ainsi
être produite en minimisant la superficie des panneaux utilisés que dans les hypothèses du
tableau 3 où les toits de chaque bâtiment sont mobilisés. D’autres exemples de
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126
« mutualisation » seront investigués dans le cadre de la Phase III de la recherche
(mutualisation des enveloppes, véhicules électriques partagés, etc.).
En ce qui concerne les bilans mensuels, il est important de mentionner le décalage entre
la production et la consommation d’énergie et d’électricité. Dans l’optique où un bilan
annuel « zéro-énergie » peut être atteint, cela ne signifie pour autant pas que le quartier
est autonome, en raison de ces décalages entre production et consommation, en
particulier les mois d’hiver. Le raccordement aux réseaux pour injecter le surplus de
production en été et combler le manque en hiver est donc indispensable. Cette situation
n’est toutefois tenable que si un petit nombre de quartiers « zéro-énergie » est présent sur
le territoire. La multiplication ou la généralisation des quartiers « zéro-énergie » impose
donc un travail de recherche complémentaire, notamment en ce qui concerne le
stockage de l’énergie ou la combinaison de fonctions complémentaires pour équilibrer
plus finement consommations et productions, à l’échelle d’un quartier ou à une échelle
plus large. Ces travaux seront entrepris dans la suite de la recherche SOLEN.
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127
9. Conclusions générales et perspectives
En conclusion, les résultats obtenus jusqu’à présent dans le cadre de la recherche SOLEN,
en particulier ceux synthétisés dans le chapitre 8 (définition d’un cadre général pour
l’étude des quartiers « zéro-énergie », définitions de méthodologies d’évaluation des
différents postes considérés dans le bilan et application à des cas d’études) complètent
et enrichissent les approches existantes développées à l’échelle du bâtiment. Ces
premiers développements ont montré l’intérêt de notre démarche et ouvert de
nombreuses pistes de recherches à investiguer dans la suite du projet SOLEN. Nous citerons
en particulier l’ajout de nouveaux postes énergétiques dans le bilan global (autres modes
de déplacements, autres sources d’énergies renouvelables, etc.), la question de la
« mutualisation énergétique », le stockage de l’énergie et les raccordements aux réseaux,
les smart grids, etc.
De nombreuses variations paramétriques seront notamment proposées dans le cadre de
la phase III de la recherche de façon à compléter, enrichir et continuer les recherches
entreprises jusque maintenant et investiguer les perspectives de recherches rappelées cidessus. Un grand nombre de ces développements pourront être intégrés directement à
l’outil interactif SOLEN et le compléter ainsi d’une solide base de données relative aux
énergies renouvelables, à l’échelle du bâtiment et à celle du quartier. Ces résultats feront
l’objet de plusieurs publications scientifiques et seront présentés en détail dans le prochain
rapport scientifique et technique du projet de recherches SOLEN.
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11. Table des matières
1.
INTRODUCTION ................................................................................................................................... 3
2.
PHASE I : ETAT DE L’ART....................................................................................................................... 5
2.1.
LE PROJET SOLEN : RAPPEL DES OBJECTIFS ET CADRAGE DE LA RECHERCHE......................................................... 5
2.2. LES OBJECTIFS « (TRES) BASSE ENERGIE », « PASSIF » ET « ZERO-ENERGIE » : ETAT DE L’ART ................................. 7
2.2.1.
Introduction ......................................................................................................................... 7
2.2.2.
L’objectif « basse énergie »............................................................................................... 8
2.2.3.
L’objectif « passif » .............................................................................................................. 9
2.2.4.
L’objectif « zéro-énergie » ............................................................................................... 10
2.2.5.
Du bâtiment au quartier, car la forme urbaine et la mobilité ont un impact ! .... 25
2.2.6.
Synthèse et définition dans le cadre de SOLEN ......................................................... 27
3.
PHASE I : TYPOLOGIE ......................................................................................................................... 32
3.1. INTRODUCTION .................................................................................................................................. 32
3.2. TYPOLOGIE DES QUARTIERS WALLONS ..................................................................................................... 32
3.3. TYPOLOGIE DES BATIMENTS .................................................................................................................. 41
3.3.1.
Introduction et approche adoptée dans le cadre de la recherche SOLEN ....... 41
3.3.2.
Etat des lieux des logements en Région wallonne .................................................... 41
3.3.3.
Les typologies prioritaires de logements ...................................................................... 49
3.3.4.
Les caractéristiques des types de logement par aires urbanistiques .................... 52
3.3.5.
Conclusions ........................................................................................................................ 56
4.
PHASE II : RETOUR SUR L’OUTIL SAFE ................................................................................................ 57
4.1. RAPPEL DES OBJECTIF DE L’OUTIL SAFE ................................................................................................... 57
4.1.1.
Contexte dans lequel l’outil interactif SAFE a été développé ................................ 57
4.1.2.
Description rapide de l’outil SAFE .................................................................................. 58
4.2. VALORISATION ET VULGARISATION DE L’OUTIL SAFE .................................................................................. 60
4.2.1.
Communications scientifiques et « grand public » .................................................... 60
4.2.2.
4.3.
4.4.
Les retours obtenus ........................................................................................................... 61
DONNEES DE FREQUENTATION ............................................................................................................... 62
COMPLEMENTS APPORTES A L’OUTIL DANS LE CADRE DU PROJET SOLEN ......................................................... 63
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5.
PHASE II : VOLET « BATIMENT »......................................................................................................... 64
5.1. PRE-APPROCHE DE LA MODELISATION ET DU PROCESSUS DES SIMULATIONS ...................................................... 64
5.1.1.
Première évaluation du nombre de simulations ........................................................ 64
5.1.2.
Proposition d’une méthodologie de modélisation .................................................... 65
5.2. DEFINITION DES PARAMETRES DE MODELISATION ....................................................................................... 67
5.2.1.
Les typologies de logements testées ............................................................................ 68
5.2.2.
Définition et composition de l’enveloppe extérieure du logement....................... 73
5.2.3.
Les paramètres et leurs variations implémentées ...................................................... 77
5.2.4.
Nombre de cas simulés et récapitulatif des possibilités présentes dans la base
de données « bâtiment » sur le site internet.................................................................................. 89
5.3. CHOIX DU LOGICIEL DE SIMULATION ........................................................................................................ 92
5.3.1.
Présentation et implémentation des paramètres de modélisation dans
l’interface TRNBuild ............................................................................................................................ 92
5.3.2.
Présentation, implémentation des paramètres de modélisation et calibrage de
l’interface Simulation Studio ............................................................................................................ 94
5.4. TRAITEMENT DES RESULTATS ET MISE EN ŒUVRE DE LA BASE DE DONNEES « BATIMENT » .................................... 99
5.4.1.
Création de la base de données.................................................................................. 99
5.4.2.
6.
Exploitation de la base de données........................................................................... 108
PHASE II : VOLET « TRANSPORT » .................................................................................................... 109
6.1. INTRODUCTION, OBJECTIFS ET APPROCHE ADOPTEE ................................................................................... 109
6.2. DANS L’OUTIL D’EVALUATION RAPIDE .................................................................................................... 109
6.2.1.
Dans l’outil SAFE .............................................................................................................. 109
6.2.2.
Compléments proposés dans SOLEN ......................................................................... 110
6.3. DANS L’OUTIL D’EVALUATION DETAILLEE ................................................................................................ 111
6.3.1.
Dans l’outil SAFE .............................................................................................................. 111
6.3.2.
Compléments proposés dans SOLEN ......................................................................... 111
6.4. DANS L’OUTIL D’EVALUATION D’UN QUARTIER ........................................................................................ 111
6.4.1.
Dans l’outil SAFE .............................................................................................................. 111
6.4.2.
7.
Compléments proposés dans SOLEN ......................................................................... 111
PHASE II : VOLET « ENERGIES RENOUVELABLES » ............................................................................ 115
7.1. INTRODUCTION ................................................................................................................................ 115
7.2. IDENTIFICATION DU POTENTIEL SOLAIRE ................................................................................................. 115
7.2.1.
Objectifs et logiciel......................................................................................................... 115
7.2.2.
Méthode........................................................................................................................... 116
7.2.3.
Principaux résultats ......................................................................................................... 117
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7.2.4.
7.3.
8.
Valorisation et perspectives ......................................................................................... 117
AVANCEMENT CONCERNANT LES AUTRES TYPES D’ENERGIES RENOUVELABLES ................................................. 117
PHASE II : CADRE GENERAL POUR L’ETUDE DES QUARTIERS « (TRES) BASSE ENERGIE » ET « ZERO
ENERGIE ». .............................................................................................................................................. 119
8.1.
INTRODUCTION ................................................................................................................................ 119
8.2. CADRE CONCEPTUEL GENERAL.............................................................................................................. 119
8.2.1.
Introduction ..................................................................................................................... 119
8.2.2.
Les consommations « bâtiments » ............................................................................... 119
8.2.3.
Les consommations « transport » ................................................................................. 121
8.2.4.
Les énergies renouvelables .......................................................................................... 121
8.2.5.
Les bilans globaux .......................................................................................................... 123
8.3. APPLICATION A DES CAS D’ETUDES ........................................................................................................ 124
8.3.1.
Introduction ..................................................................................................................... 124
8.3.2.
Présentation des cas d’études .................................................................................... 124
8.3.3.
Résultats principaux et interprétation ......................................................................... 125
8.4.
9.
DISCUSSIONS ET PERSPECTIVES ............................................................................................................ 126
CONCLUSIONS GENERALES ET PERSPECTIVES .................................................................................. 128
10.
BIBLIOGRAPHIE............................................................................................................................ 129
11.
TABLE DES MATIERES................................................................................................................... 133
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